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奈米螢光粉如何給駕駛人新的公路體驗?

102/02/05 19069

黃承揚｜英商牛津儀器

據2013年01月28日新聞報導：「荷蘭人勇於築夢，2013年將打造1條結合高科技的智慧型公路;它配備能自動感應汽車遠近的互動式節能路燈、能辨識天氣變化主動提醒路況、甚至能讓行駛中的電動車自動充電。」

德國的IF與Red Dot設計大賽、荷蘭的Dutch Design Week設計周都是科技創意與展現未來概念生活很好的發表舞台。藉由設計師的狂想與腦力激盪，讓原本生硬刻板的高科技能走進人類生活中；讓只懂追求技術指標與效率的科技人，知道原來這些數字背後代表的是讓人類生活更好的工具。

荷蘭設計周上最佳未來概念獎「智慧高速公路」，就是一個科技與設計完美結合的最佳範例。而智慧型公路並非由於它是新名詞而獲獎，因早在1986年美國加州大學柏克萊分校的運輸研究所就已提出智慧型公路運輸系統的概念；但魯斯卡德（Daan Roosegaarde）設計師所提出的智慧高速公路，並不是一個虛無飄渺的「概念路」，而是利用奈米球型化的螢光粉融入公路建置中，未來5年你就能在荷蘭高速公路上開車體驗到。

在智慧高速公路系統的設計裡，以「夜光公路」與「動態油漆」為此次發表的最大亮點。夜光公路即是使用蓄光型無機螢光粉末(inorganic phosphor)參雜在塗料內，取代現有道路標記的漆料；而螢光粉會吸收陽光，等到夜幕低垂時則可自發光長達10小時。另外，動態油漆是一種會隨溫度變化而改變顏色的塗料；只要調配出不同的感熱溫度配方比，並將塗料塗佈在道路面上，例如：畫上雪花圖案，當天氣很冷時，雪花圖案就會顯現出藍色；屆時可警告駕駛人目前路面有結冰又易打滑的危險，是一項可行性高的安全標示技術。

夜光公路所用的螢光粉與書局販售的夜光貼紙屬同一自發光材料，而動態油漆與市面上隨手可買的感熱式馬克杯原理相同─遇熱後原本看不到的圖案就會顯現。為什麼這些古早、老舊的化學技術，如今卻可應用在對於行車品質與安全係數要求很高的高速公路上？答案正是奈米粉體技術在當中扮演了重要角色。將螢光粉奈米化後提升吸光效率、延長發光時間、讓溫度感測顯色精準、同時成本下降，才讓此概念公路得以近期實現的重要主因。

螢光是一種光致發光的冷發光現象，當材料吸收太陽紫外線能量後，利用電子從「基態」(Ground state)躍遷進入「激發態」(Excited states)，而當電子從激發態退回基態的過程，會發出比紫外線等入射光波長更長的可見光，俗稱冷光。因光線殘留與發光時間較長，故稱為蓄光性夜光塗料。藉由奈米技術將螢光粉縮小至奈米等級，讓螢光粉可以均勻分散於塗料內，提升光致發光的轉換效率。球型化設計讓螢光粉達最高密度之堆積，降低缺陷產生，使溫度反應與光電轉換均能精準控制。另外，奈米球體的體表面積大，增加螢光粉與陽光接觸的面積，讓光吸收幫助電子躍遷的效率提升，故奈米粉體化的螢光粉塗料讓冷發光可長達10小時，讓溫度精準在正負3度C內才顯色，所以才讓夜光貼紙升級成為智慧高速公路的標記漆料。

DDW的宗旨是這樣說的：「Our work is about developing systems that have the right amount of sensitivity」。奈米科技融入公路的設計就是智慧型高速公路，讓專研於技術深度的科學家們適時地走出象牙塔，藉由此一類型的「交互設計碰撞」，讓兩者不相關的領域激盪出一些火花，這就是改變世界的力量。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系

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