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機械工業雜誌

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領袖觀點|微波產業應用與其節能減碳優勢

作者 張存續趙賢文

刊登日期:2025/06/01

摘要

本文探討不同功率微波於各產業中的應用與其節能減碳優勢。低功率微波廣泛用於無線通訊、材料量測與電子產品中,具有低能耗、非接觸式偵測與快速響應等特性;而高功率微波則應用於軍事雷達、核融合等電漿加熱、微波乾燥與微波工業應用等領域,展現出高效率、快速與選擇性加熱的優勢。特別在微波化學、碳纖維製程、半導體退火與生質材料乾燥方面,微波技術能以較低溫度與較短時間完成處理,大幅降低能源消耗與碳排放。雖然微波在加熱均勻度與製程重複性方面仍具挑戰,但藉由電磁模擬與精準控制,未來其應用潛力將更加擴大。本計畫強調微波技術於永續製程與綠色產業轉型中的關鍵角色,為低碳工業發展提供具體解方。

Abstract

This report explores the applications of both low- and high-power microwave technologies across various industries, highlighting their advantages in energy conservation and carbon reduction. Low-power microwaves are widely used in wireless communication, material sensing, and consumer electronics for their low energy consumption and rapid, non-contact detection. High-power microwaves are applied in military radar, plasma heating for nuclear fusion, chemical processing, and industrial drying, demonstrating high efficiency, rapid heating, and selective energy transfer. In fields such as microwave chemistry, carbon fiber processing, semiconductor annealing, and biomass drying, microwaves enable treatment at lower temperature and shorter processing time, significantly reducing energy use and emissions. While challenges remain in heating uniformity and process repeatability, advancements in electromagnetic simulation and precise control technologies continue to expand microwave potential. This project emphasizes the pivotal role of microwave systems in sustainable manufacturing and green industrial transformation, providing practical solutions for developing low-carbon industries.

前言

電磁波根據其頻率與波長的不同,可分為多個區段,每一段在科學技術與日常生活中皆有不同的應用。電磁波頻率範圍從極低頻的直流一直延伸到極高頻的X射線甚至更高,涵蓋了人類現今絕大多數的無線與能源應用。

在頻率最低的範圍(約1至10² Hz),主要應用於高壓電力線的電能傳輸,例如一般家庭使用的交流電(如臺灣為60 Hz)即屬此類。雖然頻率低,但其能量仍可長距離穩定傳輸,為現代電力傳輸的基礎。隨著頻率提升至10³至10⁹ Hz的範圍,進入了所謂的無線電波區段。這裡包括AM廣播(調幅)與FM廣播(調頻),對應的頻率分別為10⁵至10⁶ Hz與10⁸ Hz左右。此外,無線電視傳輸也屬此頻段,這些技術長期被應用於廣播與傳播資訊。由於其穿透力強且損耗低,特別適合用於地面廣播與長距離通訊。

再往上至10⁹至10¹² Hz的微波區,是當代最重要的電磁波段之一。行動電話的通訊、無線網路(Wi-Fi)、雷達與衛星通信等皆依賴此頻段進行數據傳輸。此區段也涵蓋了微波爐的加熱原理,常見頻率為2.45 GHz,透過激發物體內部的極性分子振動,將能量轉化為熱能,達到加熱或乾燥物體的目的,廣泛應用於家用與工業加熱。

10¹²至10¹⁴ Hz為紅外線範圍,常見於加熱燈與紅外線攝影系統。此頻段可有效傳遞熱能,因此在工業乾燥設備與醫療熱療裝置中扮演關鍵角色。頻率進一步提升至10¹⁴至10¹⁶ Hz,進入紫外線區域,此波段含部分可見光範圍,並延伸至紫外線。可見光的應用是光電產業的基石,其重要性自不待言。更高頻率的部分,如10¹⁶至10²⁰ Hz的X射線區段,主要應用於醫學影像診斷。X光能夠穿透人體軟組織,顯影骨骼或異常結構,是放射醫學中不可或缺的工具,也被應用於工業無損檢測。

電磁波頻譜橫跨極廣的範圍,從電力應用、資訊傳遞、熱能轉換、醫療檢測到環境控制,皆充分展現其科學價值與技術潛力。隨著科技進步,對不同波段的理解與控制將更進一步推動人類生活與工業效率的提升。本文將著重在廣義的微波頻段,即1至1000 GHz,特別是2.45 GHz應用。

 

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