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【大學人】七歲旁聽南洋理工化學課程 母親為關穎恩覓學習路
國際
第1815期
【大學人】七歲旁聽南洋理工化學課程 母親為關穎恩覓學習路
焦點
2025-10-23
【記者顏貝恩報導】「大學對我而言是座巨型遊樂場,比起只待在家裡讀書,我更想要去外面探索更多事物!」年僅七歲的旁聽生關穎恩分享道,他在新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University, NTU) (以下簡稱南大)化學課堂中的學習經驗。坐在滿是大學生的教室裡,他神情專注、積極提問,雖因年齡限制無法正式修課,卻依舊全心投入學習,毫不怯場。 擁有154超高智商的關穎恩,沒有走進校園的課桌,而是在母親鄭婕儀的引導下,開啟一條屬於自己的學習軌道。「我們(父母)發現穎恩的學習速度遠超同齡孩子,每次提問都充滿邏輯與深度。」鄭婕儀回應,以家庭式教育培養孩子,讓關穎恩擁有更多時間探索、玩耍,享受童年。他笑著形容兒子像一本行走的百科全書,總是對世界充滿好奇。在探索心的驅使下,關穎恩開始尋找能檢驗學習成果的方式,鄭婕儀說:「其實穎恩五歲時就說,他想參加國際中學普通教育證書的考試(International General Certificate of Secondary Education)(以下簡稱IGCSE)(註)。」雖然鄭婕儀因擔憂而延後了考試,但關穎恩在六歲時憑著積極的學習態度重新打動了媽媽,最終在IGCSE化學考試中榮獲A的佳績,成為新加坡史上最年輕的考生。 註:國際中學普通教育證書是由英國劍橋大學創立,針對14至16歲學生設計的國際教育認證,為銜接高等教育及申請大學的重要基礎。 鄭婕儀目前為南大研究生。與南大化學、化學工程與生物技術學院高級講師蘇莫德博士(Dr. Sumod Pullarkat)交流時,提及關穎恩的學習狀況,讓蘇莫德深受啟發,因而破格邀請這位小天才旁聽課程。一開始,許多大學生都以為關穎恩只是教授的小孩,直到他拿起筆認真做筆記、舉手提問,大家才驚覺七歲神童竟是自己的同班同學。南大生物學系學生葉丁萱說:「在課堂上,我注意到穎恩不會盲目記錄課堂所學的知識,而是在聽完教授分析後,從中思考並延伸出新疑問再做筆記,這是很值得大家欣賞的能力。」他坦言,當自己還在努力消化課堂內容時,關穎恩已經能解釋並提出觀點,簡直超乎想象。修習同堂課的南大學生韓欣穎分享:「我們(大學生們)對一個化學概念感到困惑時,穎恩恰好理解,他就自信地為我們講解原理,讓人十分驚訝。」葉丁萱說:「隨著穎恩的加入,原本嚴肅的課堂氛圍變得輕鬆起來,教授偶爾會跟他開玩笑,讓整個課堂中多了幾分笑聲與活力。」葉丁萱認為,這樣的學習模式成了大家投入上課的動力之一,也提醒著大學生,學習應從熱情出發,而非為了分數。 談及課堂期待,關穎恩說:「我希望未來可以學習更多化學、生物、醫學和有趣的數學課程!」對於未知的挑戰,關穎恩不感到害怕,反而更期待能親身參與更多實驗與討論,不斷精進自己的能力。不過,要讓這位七歲神童繼續前進,仍有現實的門檻。鄭婕儀坦言:「新加坡對穎恩提前入學的年齡限制較多,因此我們(父母)只能在國外尋找合適的學習機會。」他知道這條路並不容易,但也深信,只要孩子持續保持熱愛學習的心,世界就會為他打開更多可能。
元智研發人工智慧模型 跨領域預測化學材料性質
新知
第1814期
元智研發人工智慧模型 跨領域預測化學材料性質
2025-10-03
【記者陳筱雯報導】人工智慧技術日新月異,應用範圍不再集中於電機工程,開始在其他領域中發揮功效。元智大學電機通訊學院長陳敦裕帶領元智電機工程學系甲組的辜聖凱及魯永喆,參加機器學習挑戰賽「NeurIPS – Open Polymer Prediction 2025」,於9月19日獲得金牌。團隊設計出一套AI模型,能預測高分子材料(註一)的各項性質,加速化學研究,展現跨領域結合的力量。 註一:由許多小分子聚合而成的物質,又稱聚合物,如澱粉、蛋白質、天然橡膠等 本次比賽在Kaggle平台舉辦,Kaggle是一個數據建模和數據分析的競賽平台,官方提供數千種材料的化學資料,並指定五種化學性質:玻璃轉移溫度、自由體積分率、導熱率、密度與回轉半徑作為預測目標,團隊須製作人工智慧模型,嘗試預測每一種材料的性質,最後輸入另一份資料讓模型計算加權平均誤差,以誤差大小決出最後的勝者。團隊花了兩到三週收集各種方法,試驗它們的搭配組合、融合並改進,最終產出作品。 魯永喆認為此次的競賽經驗很特別,他說:「在化學領域我們就像一張白紙,要額外去學習專有名詞。」跨領域的學習新奇卻又艱鉅,陳敦裕說:「我們要短時間內釐清高分子材料的特性,用現有的知識去推理,把資料補足,讓模型有更好的資料可以訓練。」而比賽中,官方指定的性質裡,資料最稀少的一項只記錄在200到300筆資料上,其他數千筆則保留空白,得靠模型計算、推估來填補,辜聖凱表示,比賽的資料中正確答案非常稀少,團隊必須找到非正確答案的規律,才能成功突破難關。 為了更方便解決本次比賽的化學題目,研究團隊選擇使用圖神經網路(註二),再結合傳統上從化學式提取性質的分子特徵工程,將化學分子結構轉成二進位碼,讓AI模型能學習不同化學分子的結構特徵,預測材料性質。在有限數據下,團隊有效利用交叉驗證策略(註三),證實該模型可精確預測多種化學材料性質,從而提升化學界研究的效率,國立臺灣大學化學工程學系教授林祥泰表示,人工智慧在開發新材料上,可節省許多計算時間,「很多人開始把人工智慧用在材料開發的研究,像是找新材料,或是對配方的優化等。」 註二:一種專門學習化學圖狀資料的深度學習模型 註三:一種驗證模型準確度的方法 辜聖凱說明,模型除了能用於研發化學材料,也可延伸應用於藥學領域:「這次是預測化學物品,如果要開發新藥物,要確認材料有什麼性質,也可以使用模型去預測。」林祥泰也指出,學者已經對人工智慧本身有一定的了解,但缺乏各層面的實際應用,就像空有大腦發號施令,卻沒有對應的手臂執行動作,希望本次研發可以為各界研究帶來新進展,讓「大腦」真正發揮智慧與潛力。
【社論】該引進印度移工嗎?借鏡過去談多元文化學習
校園
第1790期
【社論】該引進印度移工嗎?借鏡過去談多元文化學習
2024-03-13
台灣計劃與印度簽署勞務合作備忘錄(MOU),勞動部長許銘春也於11月13日核實,消息一出即在國內引起爭論,更有「反對增加新移工國」團體於凱達格蘭大道發起遊行。處於大缺工時代的台灣,真的非得透過引進印度移工才能解決此問題嗎?倘若未來印度移工真的來台,我們又該如何面對?強調多元的台灣社會,能否藉此近一步實踐多元文化教育的內涵?3日「反對增加新移工國」團體於遊行提出四項訴求:一、暫緩新增移工來源國;二、增設人民發聲平台;三、增訂移工管理辦法,解決失聯移工問題;四、改善台灣勞動環境,根本解決缺工問題。他們雖再三聲明活動絕無帶有種族歧視,僅盼政府重視此議題,且從四項訴求觀之也的確偏向中性。但實際從現場民眾的論述,仍可看到不少對印度移工乃至不分國籍移工的偏見。例如,在第三點訴求中,遊行群眾即指出若解決失聯移工問題,回流到勞動市場的移工可補足部分勞動缺口,仔細觀察,現場民眾的用詞卻有「失聯」與「逃逸」移工之分。所以,究竟是失聯移工還是逃逸移工?儘管遊行主辦方多以失聯移工稱之,但在不少新聞片段中仍可聽到民眾以「逃逸」一詞說明移工的失聯情況。事實上,過去移民署就曾公開呼籲,移工失聯的原因百百種,有時也並非勞方個人因素而「逃逸」,可能是在勞資不平等下,因資方的不合理對待而採取的最後手段。 「反對增加新移工國」團體12月3日於凱達格蘭大道遊行,抗議引進印度移工來台一事。 圖/胡王子行攝此外,針對遊行團體提到,解決失聯移工即可解決一部分缺工需求也可能並非絕對。誠如上述所言,在台移工與資方關係常處不對等。移工儘管失聯,但大多留在台灣形成地下勞動市場。許多雇主也會聘用這些俗稱的「黑工」,這是屢見不鮮的現象。根據移民署統計,截至今年10月失聯移工人數已超過8萬5000人,約佔在台移工人數11%。因此,失聯移工雖未算入勞動力,但實際上仍補足不少台灣的缺工問題。現實來看,政府的確需解決失聯移工問題,但解決失聯移工後,回流的勞動力能否抵銷對印度移工的需求,此因果關係有待更精準地計算才能得知。回歸問題本身,我們真的需要印度移工嗎?根據勞動部今年公布的第四次人力需求調查,比較民國113年1月底與112年10月底人力需求增減,其中製造業與營建工程業的人力需求最大。而這正好也是外籍移工來台,排名第二與第三的職業類別。此外,移工來台從事最多的職業為家事移工(看護工),然對比外籍看護工與本國看護工,後者受《勞基法》保障,雇主的聘用成本落差可想而知。因此,從台灣的缺工需求與來台移工的職業推論,我們對移工的需求應該是存在的。然而,印度文化與我們同樣大不同,印度人多信仰印度教,再來則是伊斯蘭教。前者視牛為聖獸而不吃牛,後者視豬為污穢的牲畜而不能吃。兩項肉類在台灣家戶或日常餐廳都是常見的肉類之一,未來若印度家事移工進入家中,雇主對移工的文化敏感度顯得更重要。但進一步了解目前勞動部施行的「雇主聘前講習」,僅透過網路觀看影片即可完成。但文化的了解是需日積月累學習的,一小時的講習顯得非常流於形式。倘若真如政府所規劃引進印度移工,那我們又該注意什麼?也許可以試著回溯印尼移工來台的經驗。民國78年台灣開放印尼移工來台,由於宗教信仰的不同,兩國間有很大的文化差異。但我們可以看到,從過去人們覺得穆斯林開齋節「佔據」台北車站,到現今台鐵會為開齋節慶典事先預備,以利活動與乘客雙方的順利進行,可見移工帶來的文化,能讓整體社會形成一個大型教室,同在其中的台灣民眾皆有機會一同在此實踐多元文化教育。因此,在真有引進印度移工需求的前提下,不妨將印度移工的引進視為我們學習多元文化的機會。現今台灣,不同族群間的互動愈趨和諧。以新住民為例,過去常稱他們為外籍新娘,如今以新住民稱之,除不以「外籍」稱之,更期待新住民的來到能將其母國特色注入台灣。儘管接觸多元文化的過程中難免有摩擦,或出現過於本位主義的評論,但若沒有人與人的交流、文化之間碰撞,是無法建立民眾的多元文化意識。且在文化教育學中,「體驗」(erleben)即一項很重要的概念,對於一個文化的學習,不能單靠書本了解,而需藉由實際接觸,才能達到下一個「了解」(verstehen)的層次。台灣是一個多元的社會,我們重視多數,但也要保護少數;我們維護自身文化,同時更要嘗試擁抱多元文化,方能有更寬闊的眼界領略世界。而在現今的缺工浪潮下,倘若印度移工真能為我們補足勞力缺口,同時也還有機會讓我們實踐多元文化教育的真諦,那引進印度移工一事似乎是可期待的。
首創以鎂製燃料電池 輕巧設計備災更便利
新知
第1787期
首創以鎂製燃料電池 輕巧設計備災更便利
2023-11-30
【記者李雨羲綜合報導】當災害發生時,電池經常作為避難設備的能源,然而傳統的緊急發電裝置,大多不利於攜帶與長期用電。因此,來自國立臺灣海洋大學海洋環境資訊系的蕭采宣與輔仁大學財經法律學系的賴廷愷,研發出「微型空氣發電機」,以鎂—空氣燃料電池作為主要發電動力的裝置,不僅體積小且輕便,更結合綠色化學思維使用環境友善的材料。此研發在2023第七屆全國「慈悲科技創新競賽」取得第一名的佳績,同時為儲能備災的應對方式提供新選擇。 團隊研發的「微型空氣發電機」於2023第七屆全國慈悲科技創新競賽中獲得第一名與特別獎的榮耀。  圖/賴廷愷提供「過去常用的乾電池和充電電池容量有限,汽柴油發電機又非常笨重。」賴廷愷表示,本次研發的鎂—空氣燃料電池重量只有430公克,相較於過去的發電機更便於攜帶。同時,發電機除了本身安裝LED照明,也可藉由連接USB插孔,供電給其他電子產品使用。 目前發電機以個人攜帶為主進行較為簡易的設計,團隊表示未來可透過加裝渦輪、改變電池排列等等方式,提高發電功率。  圖/賴廷愷提供使用發電機時只需將鎂金屬顆粒透過上方孔洞投入,並從另一個管道倒入檸檬酸等酸性液體,即可藉由內部的燃料電池發電。電壓大約5伏特、電流1.5安培,適用於大部分的一般電器,並且10公克的鎂金屬便可以持續用電一天。而在材料的保存與補充上,只需將鎂金屬與發電機分開存放即可,無須特殊包裝或容器,更沒有保存期限的限制。此外,若鎂金屬使用完畢,也可以直接於一般材料行購買。「我們曾試過以鋁作為燃料發電,但它會產生環境難以處理的廢棄物。」蕭采宣表示,在媒材挑選上,他們嘗試結合綠色化學思維,將對環境影響程度納入挑選金屬燃料的考量,所以選擇不會產生毒性的鎂,作為與氧氣作用的電池陽極端。而在打造發電機外殼時,則選用在自然環境中可自行分解的塑膠。「設備以鎂與空氣作為燃料,同時也回收兩者反應所產生的氫氣進行發電。」賴廷愷說明,發電機以開放式孔洞讓空氣能夠自然流入,並以能夠吸附氧氣的活性碳多孔結構,在燃料電池中與鎂金屬產生反應。而為了將額外生成的氫氣自然回收,他們在內部裝設氫—空氣燃料電池,不僅可以減少氫氣外洩的可能性,更能藉此產生更多電能。 發電機內部不僅裝設鎂—空氣燃料電池,更使用氫燃料電池回收鎂與氧反應後的生成物進行二次發電。 圖/賴廷愷提供。談及未來發展,蕭采宣表示可以嘗試透過改變電池排列等方式,擴大發電機規模及實用性,將個人使用延伸至社區家用。對此,國立清華大學工程與系統科學系暨研究所教授陳燦耀則說:「鎂金屬作為儲能與發電互補的供電系統,確實有其亮點,若可進一步提高容量與能量密度,前景可期。」但他也提到,日前的技術尚未成熟。相較於現階段常見的鋰電池或正在積極研發的鈉電池,鎂電池容量與功率較小,及原料地球存量較低,後續發展與技術突破仍待努力。
港中大可降解包材減污染 盼取代商業塑膠
新知
第1787期
港中大可降解包材減污染 盼取代商業塑膠
2023-11-30
【記者黎昕俞綜合報導】市面上塑膠袋因成分無法自然分解,回收費用不僅昂貴,也易產生微塑膠污染毒害下一代。由香港中文大學(以下簡稱港中大)化學系教授魏濤帶領學生鍾曉嵐、張家敏及蔣卓倫,研發新的包裝材料,不僅能像塑膠袋延展性高,更能在自然環境下降解。 團隊研發的包裝材料盼未來可以結合各領域專家,使其可以廣泛應用,逐漸取代塑膠。 圖/團隊提供塑膠袋因輕便、不易破的特性,在日常生活中廣泛得到應用。但是其成分只能在難以實現的高溫條件下分解,故長期積累之下,塑膠垃圾已對地球產生不可忽視的傷害。有鑑於此,團隊利用細菌纖維素製造新的包裝材料「BC基薄膜」,盼取代商業塑膠,減少垃圾污染。細菌纖維素是由木麴菌與酵母菌共同生長而成。透過在培養器皿裡加入醣類,使微生物能夠發酵形成纖維素。就讀港中大化學系博士班的鍾曉嵐補充道:「纖維素會被細菌排在菌體外部,形成結晶度很高的生物膜。」團隊將其風乾後,形成抗水、耐油的「BC基薄膜」。團隊也加入大豆分離蛋白,利用其良好的成膜特性及延展性,讓薄膜延伸效果提高。此外,團隊更加入海藻酸鈉,有效阻隔水蒸氣及氧氣,以延緩食材氧化的時間。因過程中皆使用合法的食品添加劑,故誤食也不會傷害人體。 團隊加入食品添加劑與菌種一起反應,讓生成的膜延伸效果不僅提高,也能阻隔水蒸氣及氧氣。 圖/團隊提供目前作品仍處於利用物理方法,在不改變分子結構的狀況下,透過加入其他材料達到改善性能的目標,因此防油、抗水的能力有限。魏濤表示接下來會持續尋找其他方法,「增強防腐的功效,並讓細菌成膜及厚度成長更加迅速。」國立臺灣大學生物科技研究所教授鄭光成也提醒,因為包裝材料會直接與食材接觸到,故也需要考量食材釋放或滲出等測試,同時後續的回收細項也須符合法規。臺大化學工程學系教授劉懷勝則說明,此作品兼具食品安全及永續概念的優點相當不錯,然而如何降低生產成本也是重點之一。他建議可以應用在醫療領域上,例如人工敷料等需抗油、防水的較高單價商品,或許可以提高進入市場機會。為此,魏濤亦盼未來能加入其他領域專家的協助,讓食品包裝膜的生產速度更穩定、迅速,以及生產流線專業化,藉此達成取代傳統塑膠的目標。 香港中文大學化學系教授魏濤帶領學生鍾曉嵐、張家敏及蔣卓倫,以細菌纖維素製成包裝材料,延展性高且能在自然環境下降解。 圖/團隊提供
突破製藥限制 「吖丁啶」成藥物設計新選擇
新知
第1781期
突破製藥限制 「吖丁啶」成藥物設計新選擇
焦點
2023-09-28
【記者王華琳綜合報導】藥物的創新與優化正時時刻刻的運轉中,候選藥物的分子結構修飾則需大量的結構資料庫進行篩選。「吖丁啶」(Azetidine)是藥物設計領域中最具潛力的結構之一,卻因製造不易而無法進入資料庫中。國立中山大學化學系副教授廖軒宏團隊在經歷四年研究首創「極性—自由基接力催化策略」,成功製備吖丁啶,突破原先合成困難。此研究登上《美國化學會期刊》(The Journal of the American Chemical Society, JACS)。吖丁啶在藥物設計領域當中具有增強藥物療效、減少副作用,與有效提升藥物分子結構與代謝穩定度的能力,若能被列入要藥物優化時所需的結構資料庫中,便可大幅提升藥物發展的可能性。「然而傳統製造方法中所使用的危險物質,如強鹼試劑,容易讓複雜的藥物分子結構在過程中遭到破壞,吖丁啶也難以在傳統方法中被建構。」研究第一作者中山化學系博士生許哲銘說道,製造上的困難使得吖丁啶潛力受到限制。研究團隊以二合一型催化試劑(註一)實現首創的「極性—自由基接力」合成策略。「普遍的催化作用(註二)比起傳統合成方式是較溫和的,也能隨著反應的設計做變化,完成許多不一樣的結構。」許哲銘表示,此策略能突破過去催化作用同時僅能進行單一反應的限制,以雙催化循環的方式簡化吖丁啶原先繁複的產製流程,提升成本效益。藉由改善吖丁啶無法被輕易建構,與複雜藥物分子容易在置換過程中受到破壞的問題,使吖丁啶能夠被列入結構資料庫當中,讓科學家在藥物篩選時的有更多選擇。註一:二合一型催化試劑指溴化鎳試劑,於催化策略中分別以溴陰離子作極性反應,以鎳金屬作自由基反應。註二:催化作用指利用催化劑參與化學反應,改變反應速率而不影響化學平衡的作用。而催化劑可循環使用。 創新策略,減少產製程序、降低藥劑用量,提升吖丁啶產率,圖為「極性—自由基接力催化策略」示意圖。 圖/許哲銘提供研究團隊也透過催化策略,成功開發兩款候選藥物,分別是皮膚類疾病,如皮膚癌,以及神經方面疾病,如帕金森氏症、阿茲海默症,證明吖丁啶在藥物研發領域上的應用價值,與創新催化策略的實際成效。東海大學化學系助理教授蔡政哲認為,「此次策略的看點不僅是技術的創新與吖丁啶的藥物價值,而且以鎳金屬作為催化劑的選擇,在永續地球的角度下也是重要的一點。」鎳金屬在價格上的優勢與催化反應的可循環性,對現今注重資源存量的科學界而言,具有極大的發展潛能。 吖丁啶藉由催化策略的產製,實際應用於藥物研究領域,未來將造福更多疾病患者,圖為吖丁啶產物。 圖/許哲銘提供對於未來研究方向,團隊預計以改變試劑種類的方式,使策略符合更多不同結構的吖丁啶合成。同時期望透過目前的催化策略改善過去的試驗,以更溫和、有效的方式,使策略能應用於更多層面。未來也將以綠能科技來進行研究,利用電壓或電波的方式取代目前使用的熱能,不僅達到永續科學,也進一步創造研究發展的可能性。指導老師廖軒宏強調,「過往對於有機化學,時常因為化學藥品的氣味、危險性,甚至是金屬的污染性,讓人留下負面印象,所以我們希望提供化學一個比較正面的形象。」 創新催化策略未來將嘗試產製不同的吖丁啶結構,並跨大所能應用的範圍,為藥物領域創造更多的可能。 圖/許哲銘提供
中大以熱能取代電能 研究降銅矽鍵合成本
新知
第1742期
中大以熱能取代電能 研究降銅矽鍵合成本
焦點
2020-12-30
【記者林昕璿綜合報導】晶圓鍵合為使兩片晶圓相互接合的應用技術,傳統是以高溫處理方式,透過熱能使材料接面結合。國立中央大學機械工程學系教授李天錫與研究團隊,發現銅與矽的表面鍵合關鍵來自電子轉移,而非退火溫度,可望進一步縮短製程、降低元件製作成本。此研究成果刊載於金屬頂尖期刊《材料學報》(Acta Materialia)。 國立中央大學機械工程學系教授李天錫帶領研究團隊,證實銅矽晶圓鍵合關鍵來自電子轉移,而非熱能。 圖/石孟佳提供團隊透過電能取代熱能,使銅與矽不受限於溫度直接鍵結,增加鍵合強度與穩定性。此外,由於過程不需於高溫下進行,除減少能量耗損之外,因在短時間就能達成,也可縮短製程並降低生產成本。另一方面,亦避免原先高溫狀態下可能造成的元件毀損,「因物質的熱膨脹係數(註)不同,當兩相異物質在高溫狀態接合,膨脹係數大的一方會向外拉扯,反之則會收縮,在這過程中容易導致元件破裂。」李天錫補充說。註:指物質在熱漲冷縮效應下,物體體積隨溫度變化成比例改變。熱膨脹係數不同,意及在相同溫度變化幅度下,不同物質的體積變化不一。 此為電化學實驗中,銅與矽鍵合的概念圖,圖中紅色圓球代表銅原子,橘色圓球則為與矽鍵結的銅離子。此圖刊載於2021年《材料學報》第204卷。 圖/李天錫提供晶圓鍵合技術為製作半導體材料的關鍵技術之一,不用膠黏合而是透過材料接觸表面形成鍵結,傳統是在高溫下進行,而製成的半導體元件則可應用於手機、電腦等電子設備。然因矽屬共價鍵,銅屬金屬鍵,兩者鍵結方式不同,不易結合,故現有銅矽鍵合技術是應用壓縮鍵合法,需先於矽晶圓表面鍍上一層黏著層,再將此黏著層與隨後鍍上的銅薄膜相黏,最後經熱處理與另一銅材質表面結合。團隊成員中大機械系學生簡伯諺表示,此製程較為耗時與耗能。團隊所運用的「電化學」方式,可透過銅片表面游離化的原子與矽的懸掛鍵相互接合,「就像魔鬼氈上的鉤子一樣,讓矽勾住銅離子。」李天錫解釋。此外,實驗在攝氏負70度下的低溫進行,更證實銅與矽的鍵合與熱能並無太大關聯,是應用電子轉移產生離子直接鍵合。簡伯諺說明,因為銅是金屬鍵,在電場下會失去電子、形成帶正電的離子,進而受到矽表層未配對的電子吸引並產生鍵結。其實此原理是在合成奈米矽晶實驗中意外發現的成果。李天錫提及,團隊過往拆卸電化學實驗樣品時,發現有一層殘餘的銅薄膜緊密黏於矽晶圓上,經三代研究生的實驗皆發生此現象,因而從自身所學與研究經驗,提出電子轉移造成鍵合的原理。 團隊透過「電化學」方式使銅游離化,並與表面的矽產生鍵結。圖為團隊學生正進行電化學實驗前的溶液製備。 圖/簡伯諺提供國立臺灣大學化學工程學系學生利昀陽認為,此技術提供一種於低溫下進行製程的方式,在不需以熱能形式給予活化能的情況下,就有更大彈性選擇操作溫度,以調整反應速率。在未來應用上,李天錫表示,就現有技術而言,此原理可應用於現今半導體元件製造所用的銅製程,也能進一步擴展至其他金屬與矽的鍵合。
盼解農廢難題 菱角殼巧變超級電容
新知
第1738期
盼解農廢難題 菱角殼巧變超級電容
2020-12-02
【記者林昕璿綜合報導】台南市官田區為國內菱角最大產地,然因廢棄菱角殼不易腐化且營養價值低,難以做為肥料使用,造成當地廢棄物處理難題。有鑑於此,國立成功大學化學系團隊將菱角殼製成菱殼炭,並封裝成超級電容,用於驅動電動腳踏車,獲得「第2屆大專校院綠色化學創意競賽」研究組金牌獎。 國立成功大學化學系團隊於「第2屆大專校院綠色化學創意競賽」,以菱殼炭封裝成電容,運用於電動腳踏車的技術,獲得研究組金牌獎。 圖/行政院環境保護署提供「農民以往多透過曬乾焚燒方式處理菱角殼,然而露天焚燒除了造成大量灰煙空汙,也影響當地居民產生呼吸道問題。」團隊學生陳傳仁談到。為解決此問題,團隊指導教授林弘萍五年前開始與當地區長合作,藉由開發炭化系統,將菱角殼炭化製成菱殼炭,用於土壤保濕與固肥。而此次團隊則進一步利用菱殼炭環保與高表面積的特性,將其製成超級電容,希望取代目前市面所使用的活性碳材。國立清華大學化學工程學系教授胡啟章補充,團隊碳化菱殼炭的方法,只需加熱到反應溫度,不必再另外添加燃料較為環保。 農民多透過曬乾焚燒方式處理菱角殼,過程會造成空汙問題,影響當地居民健康。 圖/陳傳仁提供在超級電容中,電解液中的陰陽離子會藉由外線路電子的吸引,吸附於碳材電極,進而使電子儲存於碳材表面。因此,電極的表面積大小是影響電容儲電量的關鍵。林弘萍解釋,菱殼炭高表面積的特質,可以儲存大量電荷,同時,還有孔洞大且密集的優點,因此具高通透性,使得離子能快速通過電極進行充放電。陳傳仁解釋,菱殼炭每公克具有1500平方公尺表面積,相當於足球場的大小,相比同體積傳統電容,儲電量高出許多。 以菱殼炭所製的超級電容,除了取得方式環保,相較傳統電容亦具有較高的儲電量。 圖/陳傳仁提供菱殼炭屬生物炭,用於製造超級電容電極需大量使用碳酸鈣,並在高溫900度下混合進行活化反應,以在其表面製造奈米級的孔洞。陳傳仁說:「在化學式中碳酸鈣與碳的反應用量是1:1的比例,但因固態與固態反應容易接觸不均勻,通常會以四倍碳酸鈣進行過量反應。」製程因而產生大量多餘鈣離子。為了更符合環保綠色概念,團隊將新的菱殼炭加入廢液中,讓菱殼炭吸附鈣離子,並增添小蘇打調節至鹼性的反應環境,使鈣離子沉澱,以再次與碳進行反應。 團隊於製作過程增加「廢液回收法」,使過量鈣離子能再次與新碳材反應,減少化學原料浪費。 圖/陳傳仁提供另一方面,考量製程進入量產後,可能衍生工安危險的疑慮,團隊改良原先以粉塵進行的試驗。陳傳仁補充說:「因為我們使用的是奈米級材料,飄散在空氣中不易察覺,長期吸入會對操作人員健康產生一定危害。」同時也因碳材顆粒細小,容易引起粉塵爆炸。團隊改將未經曝曬的菱殼炭絞碎,使其與液態碳酸鈣混合,在類似水下狀態進行反應,避免粉塵問題。超級電容電池雖然於充放電過程不涉及化學反應,安全性高且充電時間短,可承受大電流的快速充放,但儲電量遠低於一般電池,續航力並不高。而由於驅動電動腳踏車需要高電壓與能量,現階段超級電容提供的單次電能,僅能維持2公里路程。因此陳傳仁表示,提升儲電量為未來首要解決的問題。 團隊將超級電容組裝於電動腳踏車,目前單次電量僅能行駛2公里的路程,因此提升儲電量為未來首要解決的問題。 圖/陳傳仁提供
減化肥使用 培養包助土壤養好菌
新知
第1737期
減化肥使用 培養包助土壤養好菌
焦點
2020-11-25
【記者陳卓希綜合報導】土地孕育糧食,而土地中的微生物是根源的養分。國立屏東科技大學生物科技系教授陳又嘉帶領學生組成「FUN轉農業」團隊,針對農民施肥成效不彰的現況,研發「光合益生菌(註1)培養包」,並獲選為教育部「U-start創新創業計畫」績優團隊。此培養包不僅能簡易養菌、助作物生長,還可修復變質的土壤。註1:又稱「光合菌」、「光營養細菌」,是能夠自主合成光能的微生物,廣泛分布自然界,能淨化水質、作為禽畜養分,以及修復受損土壤等。 屏科大生技系學生組成的「 FUN轉農業」團隊,現已創業成立公司,旨在開發有益微生物,並提供簡易的培養方式,希望增加農民對生物科技的接納程度。 圖/張軒綸提供屏科大生物資源所博士班學生張軒綸說到,過去農民習慣用化學肥料施肥,導致土壤酸化與鹽化,讓土地吸收力降低、作物產量不佳。而光合菌不僅可改善土地酸鹼化的問題,還可提供植物養分、降低化肥使用,他形容,作物與光合菌的關係如同人體食用益生菌,農民可利用好菌建立適合作物生長的土壤。而團隊研發的光合菌培養包操作簡單,只需將已調配好的菌種及發酵膠囊倒入水中,鎖蓋後在太陽下曬約一個禮拜即可使用,可望增加農民對生物科技的接納度。 只要將菌種及「發酵培養膠囊」加入20公升水中,放置一週即可培養出光合益生菌。圖為光合菌培養套組。 圖/張軒綸提供「希望讓菌種成為主要肥料提供者。」陳又嘉說,光合菌還能激發植物根部的生長素,團隊將產品於萬丹紅豆田實測八週,證實可增加10%收成,並減少30%的肥料使用,能有效加乘作物產值。他補充,農民常自行用便宜、易取得的糖蜜和豆粉等加工廢棄物來養菌,但此方法培育出的光合菌活性及純度不足,沒有顯著效果,且加工廢棄物無法被土地完全吸收,其殘渣會造成環境污染。 使用光合菌的作物(左)相較對照組(右),生長成效顯著。因光合菌能促進植物根部的生長素,對作物的生長及生產皆具加乘效果。 圖/張軒綸提供此外,光合菌分為「好氧」與「厭氧(註2)」兩菌種。市面上以好氧菌居多,農民使用時需進行繁複的前置作業,才能活化光合菌,且通常僅能活化六、七成。「很多農民忘記要活化,直接把休眠的菌灑在土地。」張軒綸解釋,未經活化的好氧菌無法發揮活性,對作物沒有輔助效果。而團隊產品利用厭氧光合菌,使菌一直維持在「活」的狀態,得以保留功效,並免除活化不完全的問題。註2:厭氧又稱「無氧活動」,厭氧微生物能在缺乏氧氣的環境中,進行生物分解等活動。好氧微生物則需在氧氣充足的情況才可活動。據行政院農業委員會統計,民國108年台灣農耕土地佔全台面積約22%,「希望微生物能取代化學的缺點。」陳又嘉表示,台灣因地狹人稠農業屬密集型態,維持地力至關重要,土地健康是循環耕作的關鍵。高雄市大寮區青年農民聯誼會副會長洪明偉補充,肥料經微生物輔助,效用可由原本的20%到50%,大幅提升至90%,而光合菌培養包可望有效減少化肥對土地的傷害,成為農民接受綠色農業的第一步。近年來青年返鄉務農人數提升,張軒綸談到,青農對微生物農業接受度最高,資深農民則仍有操作、成本上的擔憂。未來團隊會繼續研發其他菌種,盼減少化肥的使用,達到台灣農業與土地的平衡。另外,也會進一步將技術應用至動物飼養,善用光合菌可生成蛋白質的特性,普及生物科技在各領域的助益。 農地是糧食和經濟的基礎,屬密集型農業型態的台灣,更需重視土地的保護,找到人與土地共存的平衡,以防面臨資源耗盡。 圖/陳卓希攝
千筆個資外洩 中正研擬強化學生資安
校園
第1733期
千筆個資外洩 中正研擬強化學生資安
焦點
2020-10-22
【記者陳品融綜合報導】國立中正大學通識教育中心於12日向校內220位學生寄出講座通知信,當中竟夾帶104至108學年度全數新生共計8495筆個人資料。學生質疑校方未妥善管理個資,且目前已有當事人準備提告。校方則於19日召開校務會議,說明事件始末,並提出加強教育訓練、成立個資保護及處理小組等補救方案。  國立中正大學因通識中心誤傳學生個資,遭學生質疑校園資訊管理之漏洞,引發熱議。 圖/國立中正大學哲學系學生温佑宸提供此次遭外洩的個資包含學生姓名、身分證字號、電子郵件、行動電話等項目。事發隔日,通識中心緊急處理,先後寄兩封信通知收到個資的220位學生,要求其協助刪除。14日,中正資訊處將此事通報至教育機構資安通報平台,校方再依《個人資料保護法》第十二條規範,以信件及簡訊通知個資遭外洩之當事人。然而,儘管有相應對策,部分學生仍對校方的作為感到不滿。「僅讓一行政人員撰寫簡略的道歉信,讓人覺得不具誠意。」中正經濟學系學生林新祐批評。此外,中正企業管理學系學生賴壹誠也表示,事發幾天內只收到一封校方寄出的信件,卻未見其他後續措施,盼校方能更積極作為。 學生指出,現今社會中由於各種網路活動,無形中便可能暴露個資,但對於此次過失行為,仍希望校方能積極改善。圖為示意圖。 圖/陳品融攝除針對校方的處理態度,多數學生更對行政程序感到不解。「為什麼通識中心有權輕易拿到全校學生的個資,還沒有任何基本的加密措施?」林新祐質疑。而中正學生會會長、中正勞工關係學系學生呂建璋指出,儘管校方已積極處理此事,但通識中心主管卻未出面正式說明,讓人懷疑有推卸責任給基層人員之疑慮。他也希望能藉此次事件徹底檢討單位內部的管理問題,以改善風氣。為此,校方於19日校務會議中針對此事進行通盤檢討,並提出補救措施。據中正學生會在直播中轉述,校方表示未來將加強相關人員個資保護管理的訓練課程,避免校內同仁因不熟悉法規有所疏忽。而校方也已成立校級的「個資保護及處理小組」,供個資遭外洩之當事人相關法律諮詢及協助。此外,目前校內秘書室、教學組、輔導中心等單位已導入教育部頒行之「教育體系資通安全暨個人資料管理規範」(以下簡稱個資管理規範),採行較為嚴謹的個資管理流程,過往因行政成本較高,僅階段性導入各單位。本次事件後,校方亦決議即刻將此規範導入通識中心。而校內原已依據〈國立中正大學個人資料保護管理要點〉成立個人資料保護推動委員會(以下簡稱委員會),並將已導入個資管理規範之單位主管納入委員。針對校方的處理方式,中正哲學系學生温佑宸回應,目前委員會成員僅有已導入個資管理規範的單位主管,「希望接下來可以擴大委員會的成員組成,而不該只限定在已導入規範的單位。」呂建璋也建議應將學生代表納入委員會當中,讓學生能即時得知事件的進度。而校方亦於校務會議上同意將會進一步修正委員會組成。除了程序及制度方面的改善,賴壹誠也提到,由於學校侵害學生權利,所以應予以賠償。對此,呂建璋說明,校方表示無法主動賠償,仍須由學生主動採取法律途徑方能進一步處理,若學生個資遭盜用,可至個資保護及處理小組尋求協助。國立政治大學法律學系副教授劉定基則說明,「初步看來,財產上的損害不見得有,但學生可能會有非財產上的損害,如精神上的痛苦、擔心等。」他提到,目前《個人資料保護法》已降低學生請求的難度,但當事人仍需證明自身受到的損害與個資外洩間有因果關係。若能證明確有損害,雖無法計量,但至少得依法定賠償金額領取新台幣500元至2萬元賠償。儘管學生代表與校方針對後續措施大多達成共識,卻仍有部分教師持不同態度。呂建璋進一步透露,校務會議上曾出現教師代表明顯欲打壓學生代表的發言,指出若學生因個資遭盜用而訴諸法律途徑,應由誤收個資的220位學生負起責任,而非由誤傳資訊的校方出面承擔。「他好像一直想要檢討學生,而非去檢討學校。」他感嘆。目前校內個資外洩事件暫告一段落,呂建璋提及,接下來學生會將繼續積極參與會議,即時向同學更新相關資訊。而中正秘書室主任秘書楊宇勛則表示,校方會盡快在期中考前協同學生會舉辦說明會,讓更多同學參與,共同研擬更細部的解決及預防措施。 校方與學生代表已於19日的校務會議上徹底檢討此次資安事件,學生也盼未來校內各單位使用資料時能更加謹慎,以符合管理個資的基本原則。 圖/國立中正大學哲學系學生温佑宸提供
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