我們買東西都會注重東西的材質好不好,因為我們知道材質是東西好不好用、耐不耐用的關鍵因素,即使東西設計得多棒都好,如果材質低劣就不算是好東西。
材料工程師負責研究和開發材料,從小至納米的晶片,到路上的汽車和路旁的建築,凡是用到材料的東西就是他們的研究對象。
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報道:本報 梁慧穎
攝影:本報 陳啟基
材料工程師到底做什麼?這裡以政府2023年提出的國家能源轉型路線圖(NETR)為例,由馬大材料工程學副教授黃耀雄講解材料工程師扮演著什麼樣的角色:
●儲能技術 當我們談再生能源,不管是太陽能或風能都好,如何把能量儲存起來是很重要的環節。材料工程師在開發儲能技術方面(例如電池)扮演重要角色,材料的選擇會影響儲能系統的性能。如果我們能有效地把再生能源的能量儲存起來,我們便能減低對化石燃料的依賴,並加強電網的穩定度。 |
●電動車 材料工程師的貢獻是為電動車的部件,例如電池、引擎和車體研發輕盈及優良的材料,從而提高電動車的性能。 |
●建築材料 材料工程師的角色是研發對環境友善且經受得住氣候變化的建築材料。好的建材能減低空調系統對能源的消耗,符合NETR對節能和永續城市發展的目標。 |
●製造業 材料工程師研發的材料,能夠幫助製造業減低生產過程中對環境造成的影響,比如以綠色複合材料取代傳統材料,減少碳排放和能源消耗。 |
●生物燃料 材料工程師的研究包括生物燃料──從有機物質轉化而來的能量,可替代化石燃料和降低碳排放。 |
●循環經濟 材料工程師研發可回收利用的材料及產品,減少垃圾,為循環經濟(Circular Economy)獻一分力。 |
●再生能源 無論太陽能板或風力發電機,其材質都會影響能量採集、儲存和輸出的性能。材料工程師的工作是設計能夠適應我國熱帶氣候的材質,確保太陽能板和風力發電機有效運作。 |
從上述例子可見,材料工程師可以貢獻的領域非常廣泛,從電動車、建築物到再生能源,材質都是產品性能的關鍵。
即便是普通的日常用品,例如衣服和餐具,其實也都涉及材料科學和技術。黃耀雄以衣服舉例,為什麼現在很多衣服很薄卻很保暖?這有賴材料工程師開發出先進的紡織材料,他們不僅要提高材料的品質,也要避免這些材料含有致癌物。
材料工程系可有可無?
黃耀雄本身主要研究傳感器、晶片和電子封裝技術的材料。以傳感器為例,他瞄準的用途有兩種:一種是通過呼氣檢測血糖,另一種是探測特定範圍內是否有氣體洩漏。
他的研究涉及稀土元素。說到稀土,很多民眾可能首先想到的是放射性問題,但他說不是所有稀土都是放射性元素,像他只使用少量的釤(Samarium)和鈥(Holmium)做研究,基本上不會危險。
他在納閩長大,對材料工程的興趣始於他就讀大學預科(Matrikulasi)期間。那時候他還在考慮要選擇哪個科系,剛好認識一個砂拉越朋友的表哥,朋友的表哥在蜆殼石油公司任職機械工程師,“他說,海內外的石油公司都缺乏材料工程師,如果要讀工程系的話,不妨考慮材料工程這個分支。”聽這位工程師這麼說之後,他去了解材料工程到底是做什麼,開始對這個學科產生興趣。
他在檳城理大就讀4年本科,之後繼續在理大讀碩士,因研究能力受肯定而轉為博士。畢業後,他到新加坡南洋理工大學做博士後研究,大概半年後就想要回來馬來西亞,原因是博士後研究員畢竟不是主導研究項目的人,“比較不能有太多主見。”但他其實很希望做自己想做的研究。
他當時申請了幾所本地大學,馬大很快便給予了答覆,聘請他做高級講師。他在2013年入職,那時馬大還有材料工程本科課程,可惜到了2016年,馬大跟隨馬來西亞工程師局的腳步,將工程學院精簡成只剩土木工程、電氣工程、化學工程和機械工程(外加生物醫學工程),以致原來的材料工程學被併入機械工程系。
材料工程系當年被關閉的時候,繫上很多人都大嘆可惜。他說,這是因為他們都認為材料工程學很重要,像新加坡南洋理工這麼頂尖的大學都有材料工程系,不理解馬大為何將材料工程系縮編。不過不能否認,當時也有一些人說,日本的材料工程很先進,但日本也沒有材料工程學本科,學生只有到了碩博士階段才專研材料工程,所以馬大將材料工程系併入機械工程系並沒有問題。
他指出,目前嚴格來說,馬來西亞只有4所大學提供完整的材料工程本科課程,即理大、玻璃市大學、拉曼大學和國際伊斯蘭大學。其他一些大學雖然也有提供材料工程的相關課程,例如“機械工程(材料)本科”,但這些課程通常比較偏向機械工程學。
材料會不斷創新
從事材料研究,他形容就像和時間賽跑一樣,因為現成材料那麼多,要創新的話要麼可能會遇到瓶頸,要麼就是必須比別人搶佔先機。
以汽車業為例,他說,現在很多人都認為混合動力汽車及電動車是大勢所趨,如果材料工程師此時才要投入電動車的研究,說不定不久後電動車不流行了,取而代之的是氫燃料電池車,到時關於電動車材料的研究可能就顯得落伍了。換句話說,從事材料研究甚至任何技術研究都應該具有前瞻性,以防研究出來的東西已非時代所需。
他一直都是在大學教書和研究,曾經想過沒有進入業界會不會是一種遺憾。
“但是沒有辦法,”他說:“就像美國詩人弗羅斯特的《未選擇的路》所說那樣,來到分岔路就只能選一條路。我沒有後悔,因為在大學裡還是會跟業界有很多接觸,我許多項目的經費就是來自業界。”
他在校內和校外有多重身分,比如大學方面,馬大跟中國長沙理工大學合作“機械設計製造及其自動化專業本科”教育項目,長沙理工大學引進馬大18門課,他是這個項目的馬方負責人,除了要協調課程內容,還要到中國去教課。
大學以外,他是馬來西亞IEEE電子封裝協會副主席,不久前還上任馬來西亞工程師協會的材料工程技術部主任,自覺有責任推廣材料工程,讓大眾瞭解材料工程師所扮演的角色。
永續發展或可持續發展是大勢所趨,他說,單單電子產業,現在很多電子廠都投入電子廢棄物回收領域,從廢棄物提煉可再利用的材料,可想而知不管現在或未來,材料研究都很重要,是所有技術發展的物質基礎。
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