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成大研發篩檢晶片 提高食安檢測效率
新知
第1797期
成大研發篩檢晶片 提高食安檢測效率
2024-10-25
【記者李香霆報導】隨著食品安全相關議題日益受到重視,食材原料上的檢驗如何更加完備成為一大課題。國立成功大學機械工程學系教授鍾震桂與團隊成員余忠宥、林鼎彥、古晉安、洪于珊,開發了一款具高靈敏、經濟、可靠的表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)篩檢晶片,並應用於食安的快速篩檢,榮獲國家科學及技術委員會2024未來科技獎。 「拉曼光譜」是一種用於研究物質結構的技術,當雷射光源照射物體後,會因物體中的不同化學鍵結散射出不同頻率,常應用於化學、生物或食品檢驗,藉此識別物質中的分子結構。然而拉曼散射的強度非常微弱,因此可以藉由SERS技術增強拉曼訊號,透過光照射奈米金屬結構以光電效應的原理產生局部電場,增強拉曼訊號的強度,達到微量檢測。 傳統上常透過陽極氧化鋁和直流電製作SERS晶片,然而直流電在氧化的過程中會一直放熱甚至燃燒,因此需在低溫環境下製備。 鍾震桂教授實驗室團隊利用多年研究經驗,取代傳統低溫製程,成功在常溫下製備陽極氧化鋁,節省陽極氧化鋁基板製作成本,並將其應用於SERS技術。為了提升晶片的準確性與穩定性,團隊提出創新的二維薄膜奈米孔洞結構,取代傳統金屬奈米顆粒結構,並透過調整陽極氧化鋁孔洞的形狀與間隙,製造效果更強的電場。 由於傳統的食品安全檢測方法耗時、成本高,無法負荷龐大的檢驗量,成大的副校長同時也是食品安全專家李俊璋,便向鍾震桂提議將此改良後的SERS晶片應用於食安快篩,可以快速初步篩檢食品中是否含有超標的添加物。然而跨領域結合材料與食安檢測並非易事,雖然晶片基板的散射訊號強度已經足夠檢驗食品,目前也已經成功驗證抗菌劑、防腐劑、雙酚A、抗生素、三聚氰胺等物質,但SERS技術仍較適合作爲快篩,臺北醫學大學食品安全學系教授李偉如說:「食品中的添加物多屬於微量成分且組成複雜,因此如何有效避免不同成分互相干擾,進而產生誤判的結果才是成功的關鍵。」此外,藉由SERS技術篩出的可疑樣品並不等於違法,仍需經由法定程序進一步檢驗,國立臺灣大學食品科技研究所教授陳宏彰說道:「不同檢測方法的誤差情形各不相同,《食品衛生安全管理法》具有法律效力,所以必須有完整確效之檢驗方法,才能作為行政裁量的依據。」 未來除了食品安全領域,團隊也與成大前瞻蝦類國際養殖中心合作。 余忠宥提及,未來將嘗試把晶片放入蝦池以即時監督病毒量,「只要超標一點點就採取措施,這樣可以在蝦子死亡前及時發現。」團隊目前已通過《晶片驅動臺灣產業創新方案》的申請,往後將會針對水產養殖的即時檢測持續發展。
【社論】聲音經濟崛起,但為何Clubhouse爆紅又快速退燒?
生活
第1753期
【社論】聲音經濟崛起,但為何Clubhouse爆紅又快速退燒?
2021-10-08
你有跟上Clubhouse的風潮嗎?跟到風的你,現在還持續使用Clubhouse嗎?今年2月,國際疫情仍嚴峻,一款能語音直播的社群軟體Clubhouse在全球爆紅,國內許多意見領袖(KOL)、藝人與民眾也紛紛搭上熱潮,爭相「開房間」。短時間內,Clubhouse登上國內Google搜尋趨勢第一名,應用程式下載排行榜也名列前茅。時隔8個月,Clubhouse卻已跌出國內App Store排行榜前200名,討論度所剩無幾。什麼原因造成Clubhouse的大起與大落? 今年年初,Clubhouse從國外紅至國內,短時間成為最熱門的應用程式,卻又迅速退燒,民眾紛紛回歸原先使用的社群媒體,或轉戰其他新興社群媒體。 圖/陳宥菘攝5月本土疫情大爆發,許多人改為遠距上班、上課,自主性居家防疫,避免外出及不必要的社交活動,人際實體交流的機會雖減少,卻透過線上維持聯繫。不論Google Meet、Microsoft Teams,或最多人使用的社群軟體,如:Facebook、Instagram等,無不成為人際互動的替代媒介,而Clubhouse亦是如此。根據Google搜尋趨勢,Clubhouse於5月至6月的搜尋熱度小幅度上升,但使用量卻無法與其他社群媒體相比擬,相較2月爆紅時的盛況,熱度顯然不再。社群媒體數量眾多,有如Facebook、Instagram等擁有發布貼文、影音與直播視訊等多功能的平台,也有主打「語音社群」的Clubhouse。在Clubhouse中,使用者僅能透過耳朵聆聽,或舉手發言,參與一次即時的討論或閒聊。使用者需專心聆聽,卻也因為只有集中於「一感」的刺激,使用者容易感到無趣。而其他社群媒體所擁有的「視訊直播」功能,卻多了畫面吸睛,有了視覺與聽覺的雙重體驗,更能留住使用者。Clubhouse的功能單薄,若非會議主持人、與談人,單純的聆聽者假使沒有主動「舉手」發表自身的想法或反饋,就好像「默默地」參加完一場活動。相較之下,大眾使用其他社群媒體的視訊直播功能時,多能即時留言、或發送表情符號給直播發起人。直播生態中,也多建立起回應網友即時留言的一套隱形規則,一般使用者與直播者的互動性更高,且文字留言的門檻也比舉手發言來得低,因此民眾仍傾向參與視訊直播,Clubhouse便在使用者抉擇之間,成為被捨棄的一方。加重Clubhouse熱潮衰退的原因,還包括其他主流社群媒體進攻「語音社群」的市場。Facebook在5月推出的「Live Audio Rooms 現場廣播包廂」功能,雖然初期僅開放部分藝人、網紅開啟語音直播功能,卻也成功將部分Clubhouse使用者帶至Facebook。台灣的Podcast公司「SoundOn 聲浪」也擴展聲音產業版圖,推出「ON AIR」語音直播功能,結合了即時留言互動功能,企圖從Clubhouse手中搶下部分使用者。除此之外,Clubhouse起初爆紅的關鍵在於名人開講的加持,許多人都想取得邀請碼,加入有特斯拉(Tesla)創辦人馬斯克、知名脫口秀主持人歐普拉等名人的房間中。國內的名人如唐綺陽、五月天阿信、理科太太等亦搭上熱潮,經營起Clubhouse帳號。但名人通常同時經營數個社群媒體,隨著熱潮漸退,名人逐漸轉回原先使用的平台與粉絲互動,連帶帶走因名人加入的使用者。另一方面,許多素人亦嘗試經營一間房間,設定討論主題、當起主持人,卻因非名人身份,無先備光環,同時也缺乏與參與者互動的經驗,因此即使短期內掀起一股熱潮,卻無法長久延續。綜上所述,Clubhouse在爆紅後卻又迅速退燒的原因在於,Clubhouse缺乏直播者與參與者的即時互動功能,然而當前的即時直播,除了直播者個人的心情闡述、觀點分享與閒聊外,更強調的是與參與者的「互動性」,舉凡文字留言、刷愛心、送火箭,都能讓觀看者、聆聽者「更有參與感」。此外,其他社群媒體在Clubhouse爆紅後,快速演進,推出語音社群功能,更符合使用者的需求。因此Clubhouse才未能在爆紅後、群眾分流下載體驗後,留下群眾。然而,聲音經濟發展依然可期,除了目前在國內持續成長的Podcast市場外,即時語音直播(Clubhouse、SoundOn ON AIR等)亦有不錯前景。但創作者、或是直播發起者,對於遠距通話的音質、網路的穩定度,以及自身談話內容的品質與水準需更加重視,否則對於只用「一感」,純聽的內容而言,群眾容易失去耐心,並轉回使用原先習慣的社群媒體,或如YouTube等影音平台。
血型、凝血功能即時測 臺大創易讀快篩試片
新知
第1737期
血型、凝血功能即時測 臺大創易讀快篩試片
2020-11-25
【記者石學儒綜合報導】傳統驗血需前往醫院檢測,國立臺灣大學應用力學研究所教授陳建甫帶領團隊研發出「微量血液快速篩檢試片」,以可攜式設計突破過往限制。民眾只需將微量的血液滴入試片,便可測出受試者的血型、貧血與否及凝血狀況,可望提升急救輸血的速度,並應用於醫療資源不足的偏鄉。此項發明不僅刊登於美國化學學會10月份期刊(ACS Sensors),更獲選為該期增選封面。 傳統血液檢測透過針筒取得血液樣本,需仰賴受過專業訓練的醫療人員,而血液內所含的生物標記也能檢測出許多疾病問題。 圖/石學儒攝血液滴入試片後,會分流至三個分別載有不同抗體的微流道(註1),抗體會使特定的血型凝結,如A型血會在抗體A的流道凝結。凝結的血液則會在試片上對應的方框內呈現紅線,紅線越長表示凝結越多。而血液凝結狀況取決於受試者的血容比(註2),若受試者有貧血問題,凝結血量會低於常人,多血症則反之,而不易凝血的亞血型患者,凝血量最低,結果都會反應在紅色線條的長度。註1:血液在篩檢試片中流通的管道。註2:紅血球在血液中的比例。此試片從血液滴入到檢測結果出爐,只需約兩分鐘,為加速反應時間,團隊縮小試片體積,使檢測結果更容易被看見,此舉也讓檢測所需血量大幅少於傳統驗血,團隊成員、臺大應力所學生張鈞彥說:「只要1微升的血量,就像測糖尿病,一滴就夠了。」另外,團隊成員、研究員林佳慧補充,亞型血因為凝集現象極弱,傳統較快速的血型測試方法有可能辨識錯誤,讓緊急輸血存在風險,團隊開發的試片則可以清楚辨認。常見驗血方式通常需專業設備與醫療人員來辨識結果,然醫療資源分布不均,並非所有地區都具備相關醫療人力與器材。此可攜式多功能血液快篩試片,兼具可視化與便宜的特性,並且,團隊在試片上刻上各種血液狀況的指標,讓不具醫療背景的使用者也能自行判斷,可望減少偏鄉醫療成本,以及對專業設備人力的依賴。 可攜式與可視化易讀的設計,讓不具醫療知識的使用者也能輕鬆使用此試片,可望補足偏鄉醫療資源。 圖/石學儒攝林口長庚醫院骨骼關節研究中心主任蔡宗廷表示說:「醫院通常會將血液樣本送至醫檢部門進行檢測,需要花費一定的時間。」他認為,在緊急開刀時,這項產品可快速確認病人血型,縮短血型檢測的時程,同時也可減輕醫檢部門的負擔,「讓他們(醫檢部門)去從事更複雜精密的檢測。」 微量血液快速篩檢試片搭配負壓裝置,透過類似抽血的原理,幫助血液在試片內的流動。 圖/石學儒攝現階段,微量血液快速篩檢試片尚未上市,蔡宗廷說明,雖然已證實此試片的諸多優點,但仍需要更多測試和衛生福利部的認證,才能實際應用於醫療現場。另外,陳建甫說:「血液裡有很多生物標記(註3)可以量測,未來會在試片中加入更多功能。」目前團隊與林口長庚醫院合作,希望透過專業觀點輔助,讓試片具有更多便利於醫師的功能,並補足偏鄉醫療需求。註3:生物標記(Biomarker)在醫學上通常是指在血液中的某種蛋白質,通過測量它,可以反映出某種疾病是否出現或嚴重程度。
黑磷入電池材料 快速充電容量增
新知
第1734期
黑磷入電池材料 快速充電容量增
2020-10-29
【記者鍾晨沅綜合報導】科技技術進展與環保意識高漲,已讓電動車成為近年來汽車業的發展趨勢,而電動車的心臟「電池」也一直是科學家以及廠商想精進的重點。淡江大學物理學系副教授莊程豪帶領團隊,研究黑磷混和物鋰電池,研究成果提升鋰電池的高充放電速度和容量,論文近日於美國頂尖期刊《Science》發表。黑磷是磷的同素異形體中,密度最大、熱力學最穩定,以及性質最不活潑的一種,具有像石墨的片狀結構和導電性。為了找到能夠取代目前以石墨為主的電池負極材料,團隊經三年時間嘗試,發現黑磷與石墨合成的負極材料,最符合高容量與高充電效率的需求。並且,團隊以聚苯胺(註1)將此負極混合物包覆,以穩定其與鋰離子的化合作用,提升電池效用。註1:團隊使用膠狀聚苯胺當作包覆外衣,避免負極與外界電解液形成阻礙層。 團隊經三年時間嘗試與計算,發現黑磷與石墨合成的負極材料,最符合高容量與高充電效率的需求。 圖/莊程豪提供莊程豪表示,鋰電池充放電過程是讓鋰離子與電極材料進行化學反應,因此電極材料對鋰離Fj4xcu子的傳導能力決定了充電速度。另一方面,在單位質量或體積中,電極可容納多少鋰離子則決定充電容量,而黑磷具特殊層狀結構,有很強的離子傳導能力和高理論容量(註2),可滿足快充電池需求。註2:一般石墨理論電容量為372mAh/g,而黑磷混和物為2596mAh/g,後者約為前者七倍。 黑磷特殊的層狀結構,可增加鋰離子於電池中的儲存量,與石墨合成可提升蓄電量與充放電效率。 圖/莊程豪提供比較現有技術,黑磷混合物製造簡單且穩定性高,可望大幅提升產量。而現今電池技術競爭激烈,瑞典跨國公司奇異布朗.博韋里(Asea Brown Boveri,  ABB)推出充電八分鐘續航力達200公里技術;以色列新創公司儲點(StoreDot)則研發五分鐘即可續航480公里的快充電池。莊程豪表示,以數據來看,團隊研發的電池可於兩分鐘內完成超快速充電,讓電池具備560公里的移動距離。而他們的成功關鍵在於混和黑磷與石墨層狀物,不僅能取代單一負極石墨片,還兼顧高容量和快速充電的優點。團隊亦揭開黑磷電池高效能的謎底,畢業於交通大學加速器光源科技應用學位學程博士班的盧英睿解釋,他們借助國家同步輻射中心技術,利用同步輻射產生的X光,觀測電池在充放電過程中,磷元素的電子結構變化。經過不斷實驗,成功觀測到黑磷氧化還原的動態變化,盧英睿說:「了解這些基礎科學的相關問題,是我們得以設計成功的關鍵。」 團隊利用同步輻射產生的X光,成功觀測到黑磷氧化還原的動態變化,揭開黑磷電池高效能的謎底。 圖/莊程豪提供電動車Tesla Model 3車主楊泰民表示,他較在乎快速充電長久下來對電池的影響,「目前充電速度已可接受,且保固也完整。」對於新技術,他強調「安全會是第一考量。」而在新技術基礎上,莊程豪補充,團隊期許找到最合適的正極材料和電解液,並設計出電池內部的最佳配置,同時關注電池散熱管理和安全性疑慮。
質疑政治正確  黑白影像引思辨
藝文
第1685期
質疑政治正確  黑白影像引思辨
2018-10-26
【記者王昱翔台北報導】錯落的光線下,黑白照片中的人們低頭凝視手機,無視周遭充滿政治符號的布景,彷彿置身場景之外。就讀國立台灣大學資訊網路與多媒體研究所的莊向峰和台大藝術史研究所的王怡婕,以作品《Political Correctness》表達資訊傳遞過度快速,使人錯亂。該作品入圍2018台北國際攝影節新銳獎學院組,20日起將於中正紀念堂一樓展出。「資訊就好像一道強光每天攻擊我們。」莊向峰解釋,《Political Correctness》中的手機光經由後製強化,以超乎現實的亮度直射照片中人物的視線,象徵現今手機的資訊傳遞過度快速,使得人們無力解讀資訊。莊向峰說明,在快速且簡單化的訊息轟炸下,人們省略思辨過程,時常形成單一立場的同溫層,進而淪為講求政治正確的一言堂。 莊向峰刻意以後製強化手機光效果,使其傳達資訊快速「攻擊」人們之意。 圖/莊向峰提供《Political Correctness》以黑白色調呈現,莊向峰表示希望降低色彩干擾,使畫面中的政治意象不過度直接傳達,留給觀眾停頓與思考的空間。他指出,不論是婚姻平權或國族認同議題,皆常因政治正確的氛圍,致使議題失去應有的思考與討論。「要叫老榮民接受自己是台灣人不是中國人,除了很難之外,還很殘忍。」莊向峰認為,傳統觀念改變需要時間,不應遭受過度偏激地對待。「藝術家和社會運動者最大的不同是,藝術家不站在第一線,他的框架要更廣一些,不要太預設立場。」莊向峰認為藝術家不應在作品中放入個人立場。因此,他將聖經和彩虹旗並陳拍攝,呈現婚姻平權議題的正反兩方,讓觀眾自行解讀。此外,展場刻意設置垂直牆面的立體展板,將同性與異性婚姻照片分別置於展板兩面,以凸顯議題的一體兩面與多樣的觀看角度。 作品中刻意將聖經、彩虹旗、保險套、指險套等不同立場的象徵物並陳,希望能夠使作品本身立場持平。 圖/莊向峰提供新銳獎策展人鄧博仁認為《Political Correctness》手法特別,展場布置、燈光皆表現專業。觀展民眾羅偉嘉表示,能從照片中聖經和保險套並陳的設計,感受到同一議題的立場反差。另一位民眾鄭美愛則坦承,雖然有注意到作品的安排,但不曉得其中意涵,她說:「一般看展的人不會想得到(作者理念),還是需要有人解釋。」 莊向峰在展場前,向民眾解釋照片中將各方立場並陳的細節。 圖/王昱翔攝
智能通報車禍事故 救援更快速
新知
第1669期
智能通報車禍事故 救援更快速
2017-12-14
【記者徐安萱綜合報導】有鑑於目前台灣的車禍意外仍仰賴人工通報,聖約翰科技大學資訊與通訊系研究生劉宇倫、鄒裕麟、吳治緯與教授范俊杰研發「車禍事故即時通報系統」,智能化的通報系統有助於救護人員更清楚、快速,抵達正確的事故地點,進行救援工作。該系統獲得「2017韓國首爾國際發明展」銀獎。「車禍事故即時通報系統」利用G-Sensor偵測出車禍撞擊或車輛墜落之情況,將車禍意外的即時通報智能化。 圖/范俊杰提供。 圖/范俊杰提供 台灣車輛的密度高居世界第一,據內政部統計資料,台灣一年約發生十六萬件車禍,平均每天會發生四百三十餘件。范俊杰表示,長期以來車禍意外的即時通報均未智能化。因此當車禍意外發生,多數民眾仍選擇撥打緊急電話119的通報方式。然而人工通報容易有溝通不良、地點偏誤、錯過黃金救援時間等缺點。 車禍事故即時通報系統利用「G-Sensor」偵測車禍撞擊或車輛墜落的情況,使用全球定位系统(Global Positioning System,GPS),將事故地點的精準座標位置,利用藍牙(Bluetooth)傳送到親人手機或事故中心。透過行動應用程式(Application,APP),將車輛的經緯度座標轉成實際地圖,增加救援行動的速度與精準性。 G-Sensor是重力感測器,能夠感知重力的變化,例如晃動、跌落、上升、下降等物體移動,都能轉化為電子信號,通過電腦的計算分析後,就能完成預先設定好的程序。劉宇倫表示,系統便是透過G-Sensor感測撞擊來啟動車禍事故通報的程序。 劉宇倫說:「G-Sensor的成本是低階產品也能負擔的範圍。」由於成本較低,G-Sensor的應用範圍相當廣泛,例如硬碟或CD隨身聽在遭遇撞擊的時候需適時停止硬碟或光碟轉動、汽車的安全氣囊是否充氣、行車紀錄器透過碰撞觸發自動錄影等。
十秒內準確分析 小型奶粉檢測儀助食安
新知
第1599期
十秒內準確分析 小型奶粉檢測儀助食安
2015-05-27
奶粉檢測儀可連結手機,簡單的介面讓操控很方便。後方的黑色硬體即為奶粉檢測儀。圖/陳達提供【記者呂欣綜合報導】西元2008年中國毒奶粉經上游乳製品工廠向下散播,受害者達1萬多位,震驚華人圈。中國天津大學(Tianjin University, TJU)21日發表作品「奶粉檢測儀」,這款體積小的偵測器可在五至十秒內以複合光譜成像技術掃描奶粉的內容物,隨時替每個生產環節把關,讓製造奶粉更安全。目前檢測奶粉慣用的三段四極桿液相層析串聯式質譜儀(Triple quadrupole liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS)體積大如洗衣機,而奶粉檢測儀則比一盒便當還小,天大精密儀器與光電子工程學院研究員陳達說:「我們利用微機電系統(Micro Electro Mechanical System, MEMS)大幅縮小檢測儀的體積,可安裝在奶粉輸送帶上。」在檢測時間方面,質譜儀冗長的電離過程會耗上兩天,但利用複合光譜成像技術最快五秒就能完成偵測,效率驚人。現時一般的質譜儀透過離子化器與微米濾網的方式分類不同電荷比的離子,並繪製離子碰撞的軌跡圖,方能獲知奶粉質量與濃度的資訊。檢測全程需有人力在旁操作和觀看,許多乳製品工廠怕麻煩而疏於檢驗。陳達表示,複合光譜成像檢測儀透過鐳激光照射,奶粉的分子會折射出不同光線,物理狀態一目了然。檢測儀的高靈敏模式借助奈米技術將汙染濃度檢測下限拓展到100ppb(百萬分之0.1),陳達說:「這種程度的精準值不但足夠偵測三聚氰胺,還可辨別生物毒性如黃麴黴素和其他真菌黴素。」天大學生潘越表示,研發過程最困難的是樣本蒐集。團隊為使複合光譜成像技術能準確分辨奶粉物質,他們網羅全球3963種奶粉樣品,建立中國最大的奶粉資料庫。他說:「我們將蒐集到的樣本放入超低溫冰箱儲存,並以真空包裝和超強效乾燥劑防潮,所費不貲。」他提及,團隊一度面臨財務吃緊的窘境,須向各方募集資金。團隊預計6月1日正式推出奶粉檢測儀。但陳達表示不會出售儀器,而是提供檢測奶粉的服務。
機器人置公共場所 快速組裝即時救災
新知
第1599期
機器人置公共場所 快速組裝即時救災
2015-05-27
【記者黃聖凱綜合報導】西元2014年高雄氣爆事件中,六位消防員殉職、20幾位在救援現場受傷。正修科技大學電子工程系團隊改良「組合式坑道救援載具」,將其裝設在公共空間,成為可隨手組裝的偵測機器人。而同樣來自正修科大的另一組團隊也以救災情境發展研發「模組式履帶載具結構」,結合「多軸機械手臂」能夠進入災區排除危險物、對傷者做初步治療等,雙雙入圍2015年歐洲發明展。「組合式坑道救援載具」研發團隊成員、正修科大電子系學生黃立帆表示,若公共空間發生災情,救援單位接獲通報至抵達現場間的時間太長,且救災隊抵達時,常因不諳災區狀況,而導致人員傷亡。他們以此為出發點,將救災機器人的模組零件如滅火器般裝設在公共空間,在災害發生時,可以快速組裝相關設備,進入災區。由於該機器人裝有攝影機、環境偵測器、毒氣偵檢器等裝備,能夠深入災區偵查獲得正確狀況,有利於後續災害救援任務,節省時間。黃立帆表示,「我們的特點就是能夠依照不同災害現場,調整要需要的裝備,增加靈活度。」而在過程中遇到的最大困難是操控機器人的無線網路模組無法在坑道等空間通訊,若災區在坑道密閉空間,如隧道等,可能因此無法控制。黃立帆說,「我們將機器人的操作模組改成有線和無線結合,做了技術上的調整,成功克服此困難。」而同樣入圍的「模組式履帶載具結構」利用履帶擴大載具的接觸面積,能夠增加摩擦力,能夠克服各種崎嶇地形,另外,還結合「多軸機械手臂」。具有生命探測、危險物品移除、檢樣高汙染物體、金屬探測等功能,能夠大幅降低災害救援時的危險,並有效提升作業效率、縮短救援時間。正修科大電子系同學紀筑瑋說:「電影『瓦力』裡面的機器人結合各種工具,可以在危險、骯髒、辛苦的工作環境下工作。」此畫面觸發了他們的想像,得到將機器人結合「多軸機械手臂」的啟發。她也表示,能夠完成救人的機器人十分開心,希望能快點看到它投入工作,降低人員傷亡事件。
新型鋁電池 快速充電壽命長
新知
第1593期
新型鋁電池 快速充電壽命長
2015-04-15
【記者吳盈蓉綜合報導】「手機沒電了!」是很多現代人日常生活中遇到的麻煩,往往須花上數小時才能完成充電。6日工業技術研究院(Industrial Technology Research Institute, ITRI)與美國史丹佛大學(Stanford University, Stanford)發表共同研發的新型鋁電池,它的充電過程只需約一分鐘,並突破了傳統鋰電池易爆炸的缺點。史丹佛大學化學系教授戴宏杰表示:「過去所開發的鋁電池不是電壓過低,就是循環壽命過短。」這款新型鋁電池改善過去實驗中無法多次重複循環運用與電壓不足的問題,可以在重複充電達7500次後,仍不會耗損能量。相較於鋰電池只能有約1000次循環使用,此款鋁電池在持久性上表現亮眼。團隊成員、史丹佛大學化學系學生麥可・安格爾(Michael Angell)提到:「最讓我驚豔的是,這項研究成功結合電池的能量密度與超級電容器(supercapacitor)的功率密度。」此款鋁電池運用材質相當柔軟的薄型石墨作為材料,因此可以任意彎曲,而不會影響電池放電。研究團隊在放電時於電池上鑽孔,刺穿使電池內容物外洩後及影響供電,安全性受到保障。工研院團隊成員、博士林孟昌表示:「研究選材方向基於材料的蘊藏量與能量密度,鋁元素是地殼蘊藏量第一,且能量密度僅次於鋰金屬。過去近30年來從事鋁離子電池研究的失敗在於選錯陰極材料與沒釐清楚工作原理。」這款新型鋁電池是由鋁金屬作為陽極,石墨作為陰極。石墨優良的導電性與在三維空間具有龐大表面積的特點,即能大幅縮短電池充電時間。林孟昌提到,工研院原本利用氧化釩及奈米碳管作為鋁離子電池的陰極材料,作品即將完成之際,卻發現氧化釩為無效的陰極材料,這使研究陷入了低潮。但之後在一次偶然的實驗中,團隊發現了石墨為極佳的陰極材料。林孟昌說:「曾經只想做階段性的研究,但戴教授堅持不讓步,鼓勵團隊並說:『普通或是卓越,這是你們的選擇(Be Ordinary or Be Extraordinary, your choice)』。」這句話直到現在仍令他印象深刻。目前這款鋁電池的電壓為2伏特,仍比目前智慧型手機鋰電池普遍電壓為 3.7 伏特或 4 伏特低。戴宏杰提到:「如果需要更高的電壓,可以透過串聯來達成。我們現在也致力於提升相關效能,在過去六個月的研究中已有相當大的收獲。」他同時表示,他們與工研院研究團隊目前正在合作研發耗能更低的20瓦鋁電池,工研院希望能在今年底達成研究目標。
置頂