(圖片來源：Kevin|CC BY-NC 2.0)

● 前言

　　材料科學是二戰前後從船艦鋼鐵脆化的研究開始，逐漸獨立發展出的新興學科。材料性質的變化直接影響到產 品本身的性能、產品壽命、應用等。材料科學涉及的範圍甚廣，關連到物理、化學、機械、電子、電機、光學、半導體等等。一種材料特性的改變或發明，可能改變 整個產業的結構，也可能巨大地衝擊生活環境。2014年的諾貝爾獎得主中村修二，在2001年左右對於研發藍光二極體磊晶法(日本特許2628404號專利)的材料發明，僅獲得日亞化一萬日元（亦有報導指金額為二萬日元）的獎勵因而提出訴訟，實可見學界及產業界對於材料科學的影響力仍有低估的現象。以下將簡介材料科學對於生活的影響、專利法規對於材料相關發明的限制、以及材料相關發明的專利申請標的之界定。

● 材料科學與生活中的實例

　　材料科學的研究，與其他眾多學科都有相互關連，用戲謔一點的說法，就是當產品出現問題時，如同鑑識科或 是法醫，像驗屍一樣從微觀的觀點去檢視問題的來源，而找到下次生產、製作時的防治方法、或是找尋未來開發的方向。材料科學的研究方向包含「微結構」、「組 成」、「製程」、及「性質」幾個方向。這些研究方向並非是平行關係，而是關聯的交互關係。比方說，以同樣的成份組成利用不同的製造方法來製作產品，例如鑄 造、鍛造、擠壓、射出成形、3D列印等，在巨觀的角度來看，或許外觀的差異不大，但由微觀的角度來看，內部存在不同的微結構，例如不同大小的晶粒、不同的結晶結構等等。透過各種測試，不同微結構可能造成機械性質(例如，硬度、韌性)、熱性質(例如，熱傳導)、電性質(例如，電阻率、電導率、電子遷移率等)、光性質(例如，透光性、發光波長等)有所不同。
　　材料科學在於生活上無所不在，從考古學來看，從中國發現的越王勾踐自用劍(*註1、圖1)中，發現經過近兩千年的古劍並未鏽蝕。經分析，劍上被鍍覆一層10微米(μm)厚的鉻鹽化合物。這個防蝕的機制係來自於鉻離子(Cr³⁺、Cr⁺⁶)對鋼鐵的伽凡尼效應(Galvanic effect)，藉由緻密的鉻氧化物保護內部的鋼鐵而避免繡蝕。這樣的原理，與罐頭馬口鐵是相同的，同樣的鉻鹽成份也應用在早期鐵窗所塗佈的防鏽紅丹漆中。但是，1990年代，六價鉻離子(Cr⁺⁶) 目前已被現代醫學證實為致癌物質。美國加州更曾因為太平洋瓦電公司（PG&E）在核電廠使用六價鉻離子(Cr⁺⁶)的防蝕漆，造成嚴重的水污染，而引發附近居民大量的罹癌等問題，被訴諸天價的賠償，最終PG&E需賠償的金額為3億3千3百萬美金。這段故事已在茱莉亞羅勃茲所演出的「永不妥協」(Erin Brockovich)中忠實地呈現。對此，在歐盟制定RoHS法規規範時，已將六價鉻明令禁止使用於家電產品的六種材質 (其餘的五種為鉛、鎘、汞、多溴聯苯(PBB)及多溴聯苯醚(PBDE))。
　　材料的選擇上亦會隨著需求而改變，以腳踏車為例，台灣早期由日本所輸入的富士霸王丸為例，材質上通常採用黑鐵，重量動輒超過30kg，主要使用在載貨上。隨著騎乘者需求的變化，腳踏車的材質改用為不銹鋼、鋁、鎂鋁合金、更高階的車款甚至採用碳纖維、石墨纖維(*註2)等，以符合質輕、又具有高強度的特性。又例如，音樂搭載的媒介，由黑膠唱片、LD、錄音帶、CD到今日數位的mp3等，但是黑膠唱片因為音質未經壓縮，始終有為數不少的客群喜愛，但是黑膠唱片容易因為受唱針刮損而造成無法繼續使用。為了改善這個問題，近期有廠商發表將鉬(Mo)金屬鍍覆在黑膠唱片表面的材料變革，以避免造成唱片表面的損傷、也不會使得唱針磨損(*註3)。
　　綜上所述，材料的研究在於對現今存在的問題，尋找利用材料改變的解決方法，以期更加符合生活的需求。因而，沒有什麼是「最好」的材料，只有在特定產品上「最適合」的材料。對於特定的產品製作出符合所需性質的材料、就是材料科學主要研究的項目。

● 材料界所面臨的問題

一、研究與產業的落差
　　2000年前後興起所謂的奈米熱，主要是發現當材料尺寸縮減到奈米(10^-9m，nm)等 級時，奈米材料與本質材料在性質有明顯的差異。舉例來說，一個表面上若形成有奈米等級的微細突起，可以達到類似蓮花葉的的超疏水性，使灰塵、水霧難以覆著 的自潔效應，又稱蓮花效應。又例如，在一般常識上石墨是黑色、不透明的，在奈米等級的石墨薄膜則是透明的。這些科學上的重大研究，都已發表在國際著名的期 刊(註4)。但在論文發表時，主要陳述材料性質變化的現象、以及實驗的驗證方法等，且屬於實驗室的小規模生產，還沒有實際的應用在產品上。在此時，僅能推論產業發展的方向，且對工業上大量製作的良率、產率尚無法有效控制。
二、商品化的進展
　　材料對於產業的改變，有時相當急遽，例如，照明產業因為藍光LED的發明、量產，近十年大幅地取代了應用超過百年的白熾燈泡、冷陰極射線管。NAND Flash的快閃記憶體(如SD卡、SSD固態硬碟等)， 也幾乎取代了磁帶、磁碟、光碟等。但是，也有可能進展相當緩慢。以奈米熱主要研究的奈米碳管為例，奈米碳管的特性在特定的方向為良好導體，其電導率甚至是 銅的一萬倍，但是在其他方向為半導體，可由外部施加電壓而控制，因而被認定為相當有潛力的材料。此外，由於奈米等級的碳薄膜為透明的。奈米碳管在當時被認 為最可能是被做為透明導電層、應用於顯示器(註5)。然而，可能因為量產技術未臻成熟、或是成本上無法與一般的現行ITO競爭、抑或是顯示器的價格大幅滑落等問題，雖然三星、東元都有做出樣機，但是現今一般消費性市場中(以奇摩拍賣、PChome購物為例)，在電腦螢幕、液晶電視的商品廣告中，並未發現特別標榜奈米碳管或是CNT-FED的產品。
　　近期，材料界最熱門的話題是石墨烯（Graphene），也就是單層石墨，同樣地的因為優異的性質受到注目，目前推論主要會在電池產業。目前也有許多團隊在研發，是否像藍光LED短期內改變整個產業鏈，值得繼續追蹤下去。投入材料的性質的研究需要花上大量的人力、心力及財力、但從材料的研究到工業化量產，可能時間上有一段不小的落差。加上初期產品的品質、製程穩定性還有待改善，這都可能造成對專利申請的忽略。

● 現行相關專利法規

以下就台灣、中國兩地的專利法規，對材料相關發明的限制：

一、台灣發明專利

(一) 專利審查基準第2篇2-2-2定義1.3非屬發明之類型：

1. 自然法則本身。

2. 單純之發現。

3. 違反自然法則者。

4. 非利用自然法則者。

5. 非技術思想者 (技能、單純之資訊揭示、單純之美術創作)。

二、台灣新型專利
　　(一) 專利法第104條：「新型，指利用自然法則之技術思想，對物品之形狀、構造或組合之創作。」
　　(二) 專利法第112條第1項，經形式審查認有下列各款情事之一，應為不予專利之處分：「新型非屬物品形狀、構造或組合者」。
　　(三) 審查基準4-1-1至4-1-3 對於物品、形狀、構造、組合給予明確之定義：

1.  「物品」係指具有確定形狀且佔據一定空間者。申請專利之新型排除各種物質、組成物、生物材料(例如：載體、微生物、動物或植物細胞株等)、方法(例如：製造方法或處理方法等)及用途。由炭粉、燃料及氧化劑組合而成的粉粒狀產品，因屬沒有確定形狀之物質，非屬新型專利之標的。

2. 「形狀」指物品外觀之空間輪廓或形態者。

3. 「構造」指物品內部或其整體之構成，實質表現上大多為各組成元件間的安排、配置及相互關係，且此構造之各組成元件並非以其本身原有的機能獨立運作者。又物品之層狀結構亦屬構造的技術特徵，符合構造的規定，例如物品之鍍膜層、滲碳層、氧化層等。此外，電路構造亦屬構造的技術特徵，符合構造的規定。至於物質之分子結構或組成物之組成，並不屬於新型專利所稱物品之構造，例如藥品或食品，通常僅涉及化學成分或含量之變化而不涉及物品之結構，非屬構造的技術特徵，不符合構造的規定。

4. 「組合」指為達到某一特定目的，將二個以上具有單獨使用機能之物品予以結合裝設，於使用時彼此在機能上互相關連而能產生使用功效者，稱之為物品的「組合」。　　
　　(四) 另外，參考智慧財產法院98年度行專訴字第38號判決法院心證。
　　佔據一定空間者，但物品之構造發明，是否屬於新型專利之標的，仍須考量其是否為物品內部或其整體之構成，包含各組成元件間之安排、配置及相互關係，且此構造之各組成元件並非以其本身原有之機能獨立運作，始符合相關規定。也就是，若是層狀結構，僅由單一層來呈現功能或性質，內外層之間無相互的關係，可能被認定非新型專利的標的。
三、中國發明專利
　　(一) 中國專利法第25條規定：對於以下各項，不授予專利權：(1) 科學發現；(2) 智力活動的規則和方法；(3) 疾病的診斷和治療方法；(4)動物植物品種；(5) 用原子變換方法獲得的物質；(6) 對平面印刷品圖案、色彩或者二者結合作出的主要起標示作用的設計。
　　(二) 對於科學發現，專利審查指南第2部分第10章第2.1節對天然物質說明授予專利權的例外：「如果是首次從自然界分離或提取的物質，其結構、形態或者其他物理化學參數是現有技術中不曾認識的，並能明確地表徵、且在產業上有其利用價值，則該物質本身以及取得該物質的方法均可依法被授予專利。」
四、中國實用新型
　　(一) 中國專利法第2條第3款規定：

「實用新型是指對產品的形狀、構造或其結合所提出適於實用的新的技術方案」。
　　(二) 對於產品的形狀，專利審查指南第1部份第2章6.2.1規定：

「無確定形狀的產品，例如，氣態、液態、粉末態、顆粒狀的物質或材料，其形狀不能做為實用新型產品的形狀特徵」。
　　(三) 對於產品的構造，專利審查指南第1部份第2章6.2.2規定：

「複合層可以認為是產品的構造，例如，產品的滲碳層、氧化層等屬於複合層結構」、「物質的分子結構、組分、金相結構等不屬於實用新型給予保護的產品構造。例如，僅改變焊條皮藥組分的電焊條不屬於實用新型給予保護的客體」。

● 材料相關發明專利申請標的

　　對材料相關發明在申請專利時，下述提供相關界定申請標的方式：
一、以材料組成界定：
　　這主要對於粉末、液體、氣體等無固定形狀的產品、例如，催化劑、顯影劑等化學藥品等常見的界定方式。但是材料組成並非是台灣新型專利、中國實用新型的保護客體。需以發明專利來提出申請。

【實例1】 CN101356005A

1. 一種排氣淨化用催化劑，其特徵在於，在實質上具有鈣鈦礦型晶體結構並由下述式(1)所表示的複合氧化物上擔載有至少選自Pt、Pd和Rh的1種或2種以上的元素，

A_αB_1-xB’_xO_3-δ(1)

A表示實質上選自Ba和Sr的1種元素或2種元素的組合，B表示實質上選自Fe和Co的1種元素或2種元素的組合，B'表示實質上選自Nb、Ta和Ti的1種元素或2種以上的元素的組合，α為0.95~1.05，x為0.05~0.3，δ是為滿足電荷中性條件而確定的值。

【實例2】TW I 447274

1. 一種石英坩堝脫模阻隔劑，主要用於矽晶圓製造，包含：

氮化矽(Si₃N₄)佔99wt%以上，以及

雜質小於1wt%，

且其中β相的氮化矽(β-Si₃N₄)佔氮化矽(Si₃N₄)總含量的比例為60~99%，其餘氮化矽(Si₃N₄)含量為α相及γ相的至少其中之一。　
二、以材料製作方法界定：
　　以材料製作方法界定，並未涉及產品的形狀、構造或組合，非台灣新型專利或中國實用新型的保護客體，僅能以發明專利提出申請。

【實例3】TW  I494399

14. 一種偏光板的製造方法，其係在由經單軸延伸且經吸附配向二色性色素之聚乙烯醇系樹脂薄膜所成之偏光件上，隔著接著劑，黏貼由選自聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂及丙烯酸系樹脂所成群組的透明樹脂薄膜所成之保護膜，而製造偏光板的方法；其特徵為包含下述步驟：

接著劑塗布步驟：在前述偏光件與前述保護膜的黏貼面中之至少一面上，塗布申請專利範圍第1項之光硬化性接著劑組成物；

黏貼步驟：隔著所得接著劑層而黏貼前述偏光件與前述保護膜；以及

硬化步驟：在隔著前述接著劑層而黏貼偏光件與保護膜之狀態下，使前述光硬化性接著劑組成物硬化。

【實例4】 TW I491582

1. 一種具雙微節流層之多孔質元件之製作方法，其包含：

提供一多孔質載板，其具有複數個微孔通道及一待封孔面，各該微孔通道的一開口顯露於該待封孔面；

進行一膠封製程，在該多孔質載板之該待封孔面設置一封孔層，該封孔層之材質為一膠體，以密封各該微孔通道之該開口，該封孔層包含有複數個待形成通孔區域；以及

進行一通孔加工，在該封孔層之該些待形成通孔區域形成複數個通孔，各該通孔貫穿該封孔層，且各該通孔連通位於該些待形成通孔區域下方的該些微孔通道。
三、以材料的層狀結構來界定：
　　材料的層狀結構是台灣發明專利、中國發明專利、台灣新型專利、中國實用新型的保護客體。但需特別注意的是，構造之各組成元件並非以其本身原有的機能獨立運作，要明確地說明層狀間的交互關係。若是界定時還包含材料組成、製作方法、性質等，這些部份被認定為非結構特徵，在中國在申請時可能被要求刪除、而台灣在後續的技術報告、舉發時不會被做為比對要件。

【實例5】TW M465405

1. 一種熱傳導複合材料結構，係包括有：

一基體，由高分子聚合物構成的片狀體，具有上、下表面；

一摻入體，由摻入該基體上、下表面之間的導熱填料所構成，該導熱填料至少包含兩種性質相容之導熱材料混摻所形成的壓縮層構造；以及

一結合層，係設在該基體與該摻入體之間，使其相互之間形成聚合及鍵結的構造，據以結合該基體與該摻入體成為一片狀熱傳導複合材料結構。　

【實例6】TW M487318

1. 一種鞋面材料結構，包含：

一第一透氣層，係具有一第一上表面及一第一下表面，且該第一透氣層包含複數個第一透氣孔，各該第一透氣孔貫通該第一上表面及該第一下表面；以及

一第二透氣層，係具有一第二上表面及一第二下表面，且該第二上表面係與該第一下表面相結合；該第二透氣層包含：

複數個第一氣室，係貫通該第二透氣層之該第二上表面及該第二下表面，並與該些第一透氣孔連通；及

複數個第二氣室，係位於該第二透氣層之該第二上表面及該第二下表面之間。　
四、以材料微結構來界定：
　　由於材料微結構，若非層狀結構型態，僅有金相、晶粒大小的特徵，實難以被認定為具有特定形狀或結構，且依據中國專利審查指南的標準，不屬於中國實用新型的保護客體。因此，通常以發明專利方式提出申請。

【實例7】CN102139233A

1. 一種保護具有微米和/或納米多級結構的催化劑的方法，包括如下步驟：

在所述具有微米和/或納米多級結構的催化劑表面包覆一層二氧化矽層。　

【實例8】US 6534026

1. A silicon carbide material, comprising:

a single crystal silicon carbide seed crystal, said single crystal silicon carbide seed crystal having a first density of defects, said defects comprised of micropipes and dislocations;

an axial region of re-crystallized silicon carbide, said axial region grown off of said single crystal silicon carbide seed crystal, said axial region having a second density of defects, said defects comprised of micropipes and dislocations; and

a lateral region of re-crystallized silicon carbide, said lateral region grown off of said single crystal silicon carbide seed crystal, said lateral region having a third density of defects, said defects comprised of micropipes and dislocations, wherein said third defect density is less than said first defect density and less than said second defect density, and wherein said thirddefect density is less than 10⁴ per square centimeter.　
五、以材料性質來界定：
　　材料性質需要配合相關的結構、組成、製作方法等來共同界定。材料性質的部分並非台灣新型專利或中國實用新型的保護客體，在中國可能被要求刪除、而台灣在後續的技術報告、舉發時不會被比對。主要的技術特徵在材料性質時，建議以發明提出申請，並且提出以如何達成材料性質。

【實例9】TW M437784

1. 一種基板托盤結構，包括：

一托盤框體；

多數個補強桿，該等補強桿間隔排列的設置於該托盤框體上，該等補強桿的中間部位成弧形；以及

多數個採用聚丙烯樹脂發泡物且其表面電阻大於10 ¹⁴ 歐姆/平方的托板，該等托板設置於該等補強桿上，該等托板配置在該托盤框體包圍的內部區域中。　

【實例10】I I498409

5. 一種防焰導電黏著材料，其適合作為膠帶使用並且包括：

一層導電黏著劑；

一層導電織物，其在該層導電黏著劑上；以及

防焰披覆，其在該層導電織物上，該披覆包括含碳樹脂；

其中該防焰導電黏著材料具有UL510的防焰等級、0.007歐姆或更小的z軸電阻、每平方0.07歐姆或更小的表面電阻率及/或範圍在每英吋寬度36盎司到每英吋寬度40盎司的剝離黏著度。　
 
● 結論

　　近年來由於專利爭訟事件透過媒體的傳播，投入研發的公司、部門或個人通常已有申請專利的基本概念。對於材料相關的發明，即使尚未有實體產品呈現，也可以思考目前的發明是對於現有的問題，提出什麼解決問題的技術手段? 關鍵技術是在材料組成、材料性質、微結構、還是材料的製作方法? 如果是競爭對手，會以何種方式進行仿製? 藉此規劃未來的產品線以及界定申請專利標的準據。
　　以上述法規及實例來看，發明專利在申請標的限制並不多，需要克服的僅在於陳述相關的技術，表示新的技術或創作並非單純的發現，並對於如奈米 化改變以往對於材料的認知提出說明，以免被認定為違反自然法則。但是，發明專利要經過實體審查，由於材料的研究上，材料組成、材料性質、微結構、以及材料 的製作方法常有密不可分的交聯關係，在申請專利之時，也需要提出相關連技術說明。例如，以催化劑為例，反應物或是產物通常相同，但因催化劑的組成造成催化 劑的中間反應不同、能達到更快的反應效率等，除了組成的界定，也建議將中間反應充分說明，以使審查委員充分瞭解。
　　新型專利僅採形式審查，取得專利證書的速度快，也是對於產品保護常採用的方式。對於產品週期較長的商品，也可以採用發明、新型一案兩請的接 續制申請。但需注意的是，新型專利主要在保護產品的結構，對於申請的標的有較多的限制。成份、晶相結構及製作方法均不是新型專利的保護客體，但是細部層狀 結構，由於佔有一定的空間，可以視為結構特徵，材料的相關發明若欲以新型專利申請時，可以多應用這類的界定方式來保護。但應注意的是，層狀結構的性質不能 僅由單一層來表現出，需要有相互的關係，並且對於層狀結構解決了什麼的問題，也需提供充分地說明。
　　材料研究與產品常因時程上的落差而容易疏忽。若是所研發的相關發明，競爭對手能輕易地以反向工程的方式完成，則可能在資金、技術突破、量產 時發生產品被大量仿製的問題。輕忽專利權的保護，可能導致所投入的研發經費可能無法回收，或無法保障自身的商業利益。以上提供給材料界的研究開發者作為未 來保障自身研究的參考。
 
● 參考文獻及內容

註1：http://www.chinatimes.com/photo-app/20150724002948-260812
註2：http://www.volando.com.tw/knowledge.php
註3：https://www.facebook.com/HIFIHIVI.Monthly/photos/pb.143864038617.-2207520000.1442915146./10153516862283618/?type=3&theater
註4：S.Iijima, Nature, 354(1991),56.
註5：http://ejournal.stpi.narl.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9310/9310-11.pdf