■邱耀弘/ACMT
摘要
異種材質的結合一直是人類應用材料的簡單模式，紙箱上只要貼上OPP 膠帶，可以防水又能加強度，秘密就在OPP 上的那層不乾膠，但是很多人可能不知道不乾膠就如同今天我們要介紹的奈米成形技術( 以下簡稱NMT, Nano Molding Technology) 一樣，在無限回圈的研發過程得到的一點成功而躍升為當代主流技術，本篇來為ACMT 讀者們介紹，也替那些身陷於無限回圈的研發朋友們點個贊！持續努力，注意細節，這樣才能驅走細節中隱藏的魔鬼，黎明才能到來!!!
無限回圈 – 痛苦而漫長的開發過程
研發的過程通常是這樣，首先設想出一種思路，然後去實驗，然後就是失敗；對失敗進行研究後，重新調整思路，接著再進行實驗，失敗以後再研究，就這樣不斷地重複著“調整思路，然後再實驗”這樣一種“無限回圈”，猶如進到地獄的一般折磨研發團隊的心智。相信這個體驗是每一位讀者都有的生活經歷，如能有正果尚好，很多時候是身心俱疲的失敗告終。
NMT 的發明公司是日本大成化成(TaisePlas) 這家公司，在1997 年由原本是在不銹鋼表面包覆注射軟橡膠開始，當時社長成富正德先生(NMT 的發明人)因為受到”要是塑膠結構能夠與不銹鋼結合，可以大幅降低金屬成本”以及”取代半固溶射出(Thixo-molding) 鎂合金的構造和提高模具壽命” 的構思，開始了為期2 年的無限回圈深淵。
就在1999 年公司研發團隊快要放棄的時候，剩下最後幾包PBT 材料，在一個意外的條件下沒有把金屬表面清洗乾淨。「什麼？塑膠射在鋁金屬上拔不下來？！」社長接獲研發團隊的報告，神奇的結果引發了2014~2016 年中國智慧手機奈米技術熱潮的來襲。
追根究底
由於不清楚接合的原理，大成就把它送到了一家國立大學的研究室進行研究。結果，該研究室告說：“從未見過這種現象。你們怎麼做的？”金屬使用的是鋁合金。這種鋁合金表面有很多奈米級的細孔，而塑膠就像植物長根一樣的注入了這些奈米級的細孔之中。
圖1: 上圖是日本國立東北大學提出的問題，首先是如何做出奈米級孔洞，然後又如何讓塑膠注射時進入這些奈米孔洞中？；下圖示發現特殊的酸性液體浸泡後除了形成金屬氧化物的微小孔洞之外，這些特殊的藥劑還保留在孔洞內並能夠在注射高壓高熱下與塑膠發生置換，並融為一體。這個現象就是異重材質結合的簡單基理”錨栓效應”。
圖2: 在金屬鋁表面長出的奈米結構- 氧化鋁管
圖3:T 處理成功的將五種金屬的奈米結構製作出來，但只有鋁和鐵合金進入商業運轉
圖4: 中國和日本在奈米處理等級上的差距
這些細孔直徑僅在20 ～ 30nm 之間。一般來講，塑膠是進不到這麼小的空間裡的。即便是向模槽達到這麼薄的模具中進行射出成形，塑膠也不會流進去。因為空間太狹小，剛一流進去的塑膠會馬上硬化”，也就是說這是一種超越射出成形極限的現象。這種現象當初被命名“錨栓效應”，至於它的基理一直到了2009 年終於有了結論。如圖(1) 所示。
金屬表面的耐米結構 – 鋁陽極處理的啟發
金屬表面要形成奈米結構，怎樣是最經濟又實惠的作法？速度快且有效呢？能陽極發色的鋁給了我們最好的答案，來看看傳統的陽極處理是怎樣一回事，請見圖(2)，由於純度很高的鋁( 不純物低於3wt% 以下的鋁合金) 如受到強酸的作用，表面會產生一層透明的氧化物而且如一根根的空心試管，更重要的是這層結構是由金屬表面長出來，氧化物與金屬密度相近、介面強度非常高，那麼，我們就可以利用酸的作來做為微結構生成的催化劑了，NMT 的T 處理正是這個基理。大成的實驗室採用向下蝕刻的作法，氧化物是因為時刻過程造成的，所以沒有辦法像陽極處理話鋁有次序的長出整齊的氧化物，這又給了塑膠增加附著力的好機會。
請見左上首圖，典型奈米處理的四槽法，讓奈米結構出現在金屬的表面，化學槽法的表面處理是經濟又有效率的，包含電鍍、電泳、化學鍍、電解與陽極處理，所以連T 處理也不例外，四個不同的槽僅代表處理的幾個主要程式，雖然該技術在中國已經有雷同做法也早就不是新鮮事，但是差異還是有的。第一槽通常用堿來去除金屬表面的油漬和汙物，好比我們用肥皂洗手去油污；第二槽是加速氧化物生成的酸反應，把氧化物結構長出或蝕刻下去；第三槽則為調整氧化物生成的速率，目的是讓氧化物產生不同的方向的結構，不是如陽極處理的氧化鋁只單純垂直生長，以利抓膠結構形成；第四槽通常用來停止氧化反應，由於沖洗照片的定影效果，奈米結構停止反應同時能與膠反應的殘酸也保留在奈米孔洞中。圖(3) 所示是幾種金屬可以處理成的奈米結構，然而鋁和鐵合金是比較能夠經濟的實現其價值，另外三種則因處理費時，沒有成功地進形商業化運轉。在中國境內的奈米處理擇就只能針對鋁合金，其餘的金屬都沒有多大的進展。
今日的奈米技術
日本井化學於2015 年買下大成化成NMT 專利並將之改名為POLYMETAC ® ，在中國也和當時與大成簽訂協定的昱捷科技成立三昱科技掛牌在大中華地區延續之前T 處理技術的生意；在中國方面則有多家公司以F, E, C 等其他不同技術代號，不盡相同的閃避掉三井的專利，如圖(4) 最大的不同在於奈米結構的尺寸與形成方式，中國國內採用長出法不向三井的蝕刻法，所以結構的尺寸其實有微米級對奈米級的差距。
小結
真的要感謝下面這些人和公司，牠們是”為人類的夢想實現 – 異種材質的結合的開拓者”：
- 成富正德先生( 奈米成形技術發明人)
- 日本大成化成株式會社
- 日本三井化學株式會社
- 臺灣昱捷科技股份有限公司
- 臺灣晟銘電子科技股份有限公司/ 東莞成名電子有限公司( 第一個智慧手機採用奈米成形技術的量產工廠)
- 臺灣宏達電, 華人手機率先採用NMT 技術的勇氣謹代表ACMT 的全體和受惠的人群們，向以上成員致敬。也許這是人類文明的一個小點，有幸，你和我都在其中參與到了。
