地球藏量最豐沛的矽，經過結構改質與設計後之奈米矽粉，呈現綠色光澤並擁有優異多重功能的綠色材料。透過科技部計畫支持，我們已經發展與改質綠色奈米矽粉，可以成為台灣於未來綠色能源產業的上游關鍵性材料。應用於鋰電池高電容量負極材料，主要核心技術包含，矽奈米化(<80nm)、完整類鑽碳包覆、利用二次粒子調整比表面積及複合矽與石墨，增大電池能量密度，擁有5項台灣與美國專利。應用於產氫，將回收的矽廢料純化改質成奈米矽粉後，具有價格低、單晶、粒徑小且分布窄、純度高、保存安全等優勢，搭配相關添加劑配方混和後，可與多種水溶液反應，迅速產生高純度氫氣，建立一個安全便宜的產氫模式，加速燃料電池進程。第三代半導體碳化矽長晶技術瓶頸很高，需要高品質原料粉。我們發展純化技術，將矽粉單晶化、奈米化且提升奈米矽粉純度>99.999%以上，可以增加反應介面，使熔點下降，改善碳化矽粉體純度，提升碳化矽粉末製造良率，成本下降，成為製作高純度α-或β-SiC粉末便宜的矽原料。

眾多奈米矽粉均勻的附著於單顆的石墨顆粒表面，且每一顆奈米矽粉均經過表面改質鍍上極薄的類鑽碳當保護層

　　全世界都在設法解決綠色能源及環境保護的議題，作為地球藏量最豐沛材料的矽，經過結構改質與設計後之奈米矽粉，呈現綠色光澤並擁有優異多重功能，可以作為一個多工的綠色材料。更好的是，可以經由循環技術，解決現行半導體與太陽能各式矽廢料，進而進行材料循環而不污染地球。

　　在科技部國際合作計畫的補助下，約八年前，我們在美國阿岡諾國家實驗室，學習到矽將為下一世代關鍵性鋰離子電池負極材料，開啟我們對開發奈米矽材的使命。純矽具最大電容量但膨脹率也最大，研發難度最高，成功商品化的例子不多。這八年來，在科技部產學合作計畫下，我們完成開發奈米矽材。主要核心技術包含，矽奈米化(<80nm)、完整類鑽碳包覆、利用二次粒子調整比表面積及複合矽與石墨 (如圖)，擁有5項台灣與美國專利。其中，利用改良氣相方式成功在每一顆奈米矽粉均勻的包覆類鑽碳，比一般常見的鍍碳矽粉擁有更高的導電性、更強的機械強度且可以經濟的大量生產，類似方法於石墨電極已發表於Nano Energy 74, 104811 (2020)。純矽粉負極放電電容量為2500mAhg^-1, 第一圈可逆82%，200圈retention 90%。加入8wt%矽/石墨的負極有>550mAhg^-1，第一圈可逆90%，100圈retention 94%，壓實密度>1.5gcm^-3，最佳3Ah全電池設計可以達成600圈>80% retention。我們利用相關技術也成功製作<10 µm的SiOx粉末，在加入5wt%SiOx/石墨的負極有>420mAhg^-1，第一圈可逆89%，100圈retention 95%。我們開發的純矽與SiOx電極都已經達到世界領先。

　　除此之外，氫燃料電池被視為最環保的最終發電方式，先進國家正大力發展，然而氫氣的純化、儲存及運送仍然昂貴且危險。我們將回收的矽廢料純化改質成奈米矽粉後，具有價格低、單晶、粒徑小且分布窄、純度高、保存安全等優勢，搭配相關添加劑配方混和後，可與多種水溶液反應，迅速產生高純度氫氣，可推動小型可攜式PEMFC發電系統。奈米矽粉可以達成即產即用，除了安全外，完全不須純化、儲存及運送，非常具有潛力於中小型可攜式與定置型燃料電池市場。還有，因為電動車用及微波通訊需求帶動碳化矽等的第三代半導體蓬勃發展，但目前SiC長晶技術瓶頸很高，需要高品質原料粉。我們發展純化技術，將矽粉單晶化、奈米化、提升奈米矽粉純度>99.999%以上，可以增加反應介面，使熔點下降，改善碳化矽粉體純度，提升碳化矽粉末製造良率，成本下降，成為製作高純度α-或β-SiC粉末便宜的矽原料。

 　　透過科技部計畫支持，我們已經發展與改質綠色奈米矽粉，成為可以成為台灣於未來綠色能源產業的上游關鍵性材料。應用於鋰電池高電容量負極材料，增大電池能量密度。可以建立一個安全便宜的產氫模式，加速燃料電池進程，以及成為第三代半導體高純度碳化矽粉末的原料。