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中大研發新型高熵觸媒 突破原有氨降解技術 
新知
第1815期
中大研發新型高熵觸媒 突破原有氨降解技術 
2025-10-23
【記者陳筱雯報導】半導體產業及電子製造業讓台灣的經濟日益高升,然而它們在賺錢的同時,也在排放含氨廢水,污染水資源。國立中央大學材料科學與工程研究所教授洪緯璿團隊與國立中山大學光電工程學系教授林煒淳團隊合作,開發出高熵奈米陶瓷觸媒,可以幫助含氨廢水分解成氫氣,在90分鐘內實現99%的氨降解率,並在工程中近乎零碳排放,這項發明獲得未來科技獎並於13日發表在《Nature》子刊《npj | Clean Water》期刊。 氫氣能源發展可分為生產面、儲存面、應用面,高熵奈米陶瓷觸媒屬於生產面的突破。將五種不同的金屬元素依比例混合即為高熵,這次材料選用的元素有鐵、鈷、鎳、銅、錳。為了讓各元素融合,洪緯璿團隊選用快速床熱解法(註一),他說:「為了要讓元素均勻的分布,必須要有能夠快速升溫、降溫的製程技術,才能製作出不同元素都散佈均勻的材料。」最後將含氨廢水或液態氨輸進電解器,使其在外加電場的驅動下,有效進行水分解及電化學氨氧化反應(註二),將氨轉換並同時生產出氫氣及氧氣。 註一:能夠快速升溫及快速降溫的製程技術,使元素在材料中能夠均勻的分布。 註二:在電解槽中施加電流,使含氨廢水在陽極發生氧化反應,產生氧氣,同時在陰極發生還原反應,產生氫氣。 國立臺灣大學環境工程學研究所教授童心欣解釋含氨廢水會導致優養化及毒害水生生物,「如果進到飲用水體系,會氧化為硝酸鹽,量大對嬰兒有毒性。」國立中央大學材料科學與工程研究所碩士生徐意淳表示,降解氨廢水的傳統做法如:中和法、化學沉澱法、氯化法等,降解氨的效率通常在 50到90%之間,有較高濃度的氨殘留,「傳統化學處理法難以有效達到汙水排放標準,希望能開發出更環境友善且高效的處理技術。」除了降解率低之外,操作複雜、成本高、耗時長也是問題。而新創的高熵奈米陶瓷觸媒,利用電解法,能夠有更高的降解率。 「在邁向2050淨零碳排放,氫能或氨能,可能就是最後要完成的一哩路。」洪緯璿說,他表示台灣自行生產的氫氣多為工業下的副產品,依然會造成大量碳排放。目前台灣技術無法自行產綠色氫氣,而氫氣在運送過程中容易溢散,因此90%都需由國外進口液態氨,再將氨轉為氫氣使用。洪緯璿認為此次發明最大的亮點是在於高熵奈米陶瓷觸媒可以將液態氨電解產生氫氣,並且近乎零碳排,讓台灣再生能源技術更進一步。 針對未來發展,洪緯璿表示目前材料還不夠穩定,會隨著時間讓效能衰退,「在使用上,我們希望能夠達到上千個小時,但現在只有幾百個小時。」團隊目前正在嘗試利用人工智慧抓出影響持續時間的關鍵條件,再用模型預測如何更改。利用每一輪人工智慧給出的結果做實驗,並把實驗結果回饋給人工智慧,模型就能提高預測的準確性。徐意淳說:「這樣能把實驗資源用在刀口上,用更少的嘗試,快速找到兼具高穩定與高效率的最佳比例。」團隊期待透過調整比例,賦予材料更好的效能,以利後續技術落地。
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。
賦予媒材新意義 賴彥勳重譯日常觀察
藝文
第1803期
賦予媒材新意義 賴彥勳重譯日常觀察
2024-12-13
【記者李香霆台北報導】光線灑落在一座缺少鐘擺的老舊古董鐘,時間因此走得太快、太趕。國立臺北藝術大學美術學系碩士生賴彥勳,6日起在台北叢口舉辦個展《我生得太晚,你死得太趕。》,以雕塑、繪畫、攝影等技法,體現他對現階段創作狀態與環境的思考。 「安排好的狀態不一定最好,有時突如其來的變化反而能帶來更多可能性。」賴彥勳說。〈我在她的後頸看見寂靜〉是一座犬科動物雕塑,但在燒製過程中,後頸接合處卻意外出現裂痕。他聯想到過去在救護工作中,一個看似在休息的老婦人,趨近後發現他早已沒有氣息。原本想放棄作品的他覺得這和此雕塑正面完好無缺,但後頸卻有裂痕的模樣相似,反而為作品找到了新意義。「當重新發現作品自我演化的新狀態時,我反而像是重新認識了這個作品。」賴彥勳補充道。 在《生命願望的具體實踐》系列中,賴彥勳以去顏料的手法,創作〈放過自己31次〉、〈108次入夢〉、〈92歲的84次留戀〉。作品分別呈現憂鬱症、長期失眠與慢性病患者的處方籤,他將藥單內的所有藥物搗碎後,呈現在畫布上。觀眾卓予杰說道:「苦難是抽象的概念或心理狀態,他卻用量化藥物的方式把痛苦展現出來。」賴彥勳認為規律用藥反映人對於生命的留戀與執著,「吃藥像是人類在對抗自然,當生存的願望大於命運時,你必須憑個人意志選擇吃藥,才能實現願望。」 賴彥勳將去顏料的手法延伸至調味料,創作《城市田園風景》系列作品。他依照各戶家庭在同個飯點時散發的不同氣味選用調味料。「作品內容裡有食譜的安排,194號吃的是咖哩飯,所以畫作上有咖哩粉、薑黃、米粉等;196號則有義大利香料、孜然、七味粉、大蒜、胡椒等,就像一道義大利料理。」他解釋。賴彥勳以多種常見調味料描繪台灣獨特的騎樓田園文化。觀眾趙鐸分享說:「這幅畫不侷限在畫框,因為它還有氣味,氣味間的關係可以帶人通往這戶人家的廚房、飯桌。」 異國求學的經驗提升賴彥勳對「物」的敏感度,使他重新詮釋物質的意義與美學。他說:「一般人買藥是為了治病,但我卻拿來做「不務正業」的事,對這個藥而言是非典型的使用方式,而這過程中誕生詩性。」他認為,使用非典型材料創作時,創作的勞動過程與材料完成後的實用價值往往不成比例,但這種落差讓他再次思考「材料」本身的意義。「這些作品不是用常見的藝術類型傳達訊息,除了整體作品的意涵,媒材本身要表現的內容也值得玩味。」觀眾趙鐸說。
廢棄蕉葉作循環材料 再生套袋奪iF學生設計獎
新知
第1798期
廢棄蕉葉作循環材料 再生套袋奪iF學生設計獎
2024-11-08
【記者何依庭報導】香蕉樹一年只會結果一次,採收後會產生大量的農業廢棄物。國立臺灣科技大學設計系研究所學生張妍以廢棄的香蕉樹葉為材料,設計再生套袋解決農業塑膠垃圾與廢棄問題。再生蕉葉套袋不僅兼顧防水與防曬,更減輕農民設置套袋上的體力消耗與時間,憑藉作品〈Banana-pro-bag〉榮獲2024年iF學生設計獎。 張妍的祖父母是蕉農,返鄉時得知每年採收後大批香蕉樹會被剷除成為廢棄物,多用焚燒或碾碎方式處理。張妍透過軟化廢棄的蕉葉纖維並打成渣,混合一定比例的紙漿曬乾成為可循環利用的套袋,不僅能保護香蕉果實,也可以被生物降解成為土壤養分,比起傳統塑膠套袋更環保。廣興紙寮負責人黃琪認為,香蕉纖維因其廢棄量大且用途廣泛,是一種很好的循環材料。 再生套袋使用一繩環繞單手拉伸,或是兩繩環繞左右拉伸的方式設計,希望減少過往蕉農套袋所需的時間與體力。不過張妍也說明因人體身高限制,目前拉伸設計只適用於低矮品種的香蕉樹,較高品種依然需要梯子協助。此外,張妍計畫利用聚二乙炔試紙結合套袋,當香蕉成熟時會散發乙烯,試紙會由藍轉紅,讓蕉農不需打開套袋即可目測香蕉成熟程度。 張妍表示在設計過程中最大的困難是調配香蕉纖維與紙漿的比例,「因為我不是農業背景,並不了解怎麼製作再生紙,測試多次後才得出最佳結果。」而再生蕉葉套袋的設計目前已經投入第一批的草模製作,期望未來大幅減少蕉農廢棄物。 高雄市旗山農會推廣部農事指導員孫銘鴻表示,目前旗山地區的香蕉樹葉因為數量龐大,農民無法自行處理,故大多直接放在田裡腐爛,但廢棄的樹葉上可能帶有黃葉病,傳染整塊香蕉田,這種香蕉套袋不但可以節省等待廢棄物自行分解的時間,也能避免田地作物感染病菌。他也提出成本上的考量,目前的紙類套袋市價為一個5元以下,若再生套袋的價格超過市價,農民可能無法負擔。黃琪解釋再生紙製品目前仍以人力為主,因此成本較高。
游婷雯展現內心矛盾感「售」 農作材料構築土地命運
藝文
第1788期
游婷雯展現內心矛盾感「售」 農作材料構築土地命運
焦點
2023-12-06
【記者邱昭華綜合報導】「我希望大家可以多親近土地,不要只在意識或語言上定義土地。」國立陽明交通大學應用藝術研究所學生游婷雯,11月25日至12月20日在羅東文化工場天空藝廊,舉辦創作個展《耕作一塊可以賣的地》,透過作品傳達自身對土地利用的省思。此作品亦榮獲2023年宜蘭美術獎首獎以及宜蘭意象獎。 游婷雯以《耕作一塊可以賣的地》榮獲2023年宜蘭美術獎首獎以及宜蘭意象獎,圖為其展間入口。 圖/邱昭華攝身為宜蘭人的游婷雯,看著家鄉農地漸漸被民宿或餐廳取代,使他厭惡矗立在田地間的售字招牌,並開始研究私人財產權、土地劃界等資料。但在研究過程中他發現,自身對於農地的想像如同出售看板背後的商業考量,對土地的詮釋都只有一種,「我想要土地回歸綠油油的農田,而土地販賣招牌想將它商業化,其實我跟這些招牌一樣自私。」他在道德省思中,無法確定如何看待土地與自己的關係,進而感受到一股強烈的矛盾感,觸發創作的動機。「農業用途的農作材料和商業用途的售字相結合,形成視覺上的矛盾。」游婷雯說明,為了展現內心的矛盾,他選用農作材料常見的遮陽網、防蟲網和防草塑膠布,來呈現販賣土地的廣告樣式。塑膠製的遮陽網是以縱橫交錯的平織法製成,而游婷雯使用抽針方式,抽出網面上橫行的針線,形成「售」的字樣。此外,他將三張防蟲網摺出想要的透明度後,再把它們縫合起來,並疊加上去,讓觀者從正面角度觀看出售看板。在防草塑膠布上,游婷雯則以三角形破洞連成「售」字,除了能降低風阻,也是模仿廣告看板設計。 《耕作一塊可以賣的地》的作品包含三個售字招牌與三段影像,此圖前方為防蟲網製成的招牌。 圖/游婷雯提供除了三個招牌,游婷雯也創作三段影像並投影在展場,分別呈現他在農田搭建三個招牌的過程。在影像中,因為竹竿過軟且石頭摩擦力不夠,再加上游婷雯本身對立體結構較不熟悉,因此招牌一直搭建失敗。然而,對他而言,這反而是有趣的畫面,形成一種出乎意料的效果,「比起成功,我覺得失敗好像更可以貼近內心的矛盾,還有自己看待土地不堅定的立場。」他在影像中,皆刻意保留環境音,像是防草塑膠布的摩擦聲、雨鞋踩踏水窪的聲音,讓觀者更有臨場感。 在搭建遮陽網「售」字的影像裡,游婷雯因為竹竿太軟、石頭摩擦力不夠等因素,在招牌搭建過程中一直失敗。 圖/邱昭華攝觀眾王柏翔說:「雖然游婷雯選用簡陋的材料,但他卻很細緻地處理它們。」此外,他也從影像中感受到,游婷雯是以輕鬆的方式在探討與土地的關係。另一位觀眾蔡晉德則透過影像,對生活日常進行反思:「我在台北看見土地販賣的行為,竟然已經變成理所當然的事。」他表示,下次看到看板時會引發更深層的思考。
【大學事】邁向2050淨零排放 綠氫產製再升級
新知
第1782期
【大學事】邁向2050淨零排放 綠氫產製再升級
焦點
2023-10-18
【記者王華琳綜合報導】為響應2050淨零排放的目標,近年台灣各大專院校紛紛將綠能科技視為重要科學發展方向。「氫」作為最受矚目的綠色能源,利用太陽能分解水所產生的「綠氫」,卻因成本過高、製造不穩定而無法大量應用。國立臺南大學材料科學系副教授蒲盈志利用南大材料科學系教授呂英治研究團隊的「大氣電漿」(Atmospheric Pressure Plasma Jet, APPJ)技術,改善釩酸鉍光電極於光電化學系統中的製氫效能,同時以「臨場暫態吸收光譜」(In-situ Transient Absorption Spectroscopy)技術研究過程中催化活性提升的機制。研究成果登上國際頂尖期刊《應用催化B:環境》(Applied Catalysis B: Environmental)。「氫」的分子結構中不含碳,因此在現今講求低碳、零碳的趨勢下扮演重要角色,有望取代現今高碳排的石化燃料,成為發電與運輸工具的動力。氫在自然界中以化合物的狀態存在,需透過碳氫燃料、質料氣化、水解、電解水等方式獲得,依據氫氣的原料以及轉換製程衍生不同數量的碳排放。而當中碳排量最低由再生能源電解製造而成「綠氫」,則被視為最能夠主導氫能源市場。惟整體能源利用率低,現有的裝置成本也較高等缺點,現今多為示範運行,無法商用化。 利用太陽光以光電化學系電池進行氧化還原反應產氫,圖為光電化學電池水非解產氫示意圖。 圖/蒲盈志提供「我們不希望在產氫過程中還需要投入額外的電力,進而選擇以綠色能源的太陽光作使用。」論文共同第一作者、蒲盈志教授實驗室研究助理蔡鎧安表示,雖然太陽光產氫無法與電解產氫的效能相比,但改善產製效能也是研究的重點之一。蒲盈志利用呂英治教授研究團隊的「大氣電漿」技術(註一)改善太陽光產氫的製程。大氣電漿不受限於多數電漿使用低壓電漿、高效率真空系統所產生的高成本、難以大面積製造的問題,蒲盈志說明,「它就像噴墨影印機一般,利用掃描以及噴頭的結構,噴出電漿對釩酸鉍(註二)電極表面進行處理,不受限於低壓或是真空的環境,在自然環境中便可作使用。」註一:利用電漿態物質具有的高活性及能量,激發電荷轉移等反應。此技術無需固定或密閉式的容器,受測物品尺寸不受限於容器大小。註二:亮黃色無機化學品,不含對人體有害的重金屬元素,是一種環保低碳的金屬氧化物質。 「大氣電漿」改變釩酸鉍光電極料表面,產生氧空缺結構,圖為「大氣電漿」表面處理示意圖。 圖/蒲盈志提供大氣電漿改變電極表面的微結構產生氧空缺保護層,「電漿處理過的電極表面通常親水性會比較好,光電轉換中電荷傳輸的能力也會提升。」蒲盈志說明,氧空缺保護層的產生解決釩酸鉍過去所面臨的低化學穩定性問題。同時,也利用臨場暫態吸收光譜(註三)從中研究發現,「氧空缺結構可暫時將負電荷留在空缺當中增加存在時間,使正電荷更容易與水產生氧化反應。」蒲盈志解釋,大氣電漿使得此光電極電荷分離與轉換效率大幅提升。註三:利用雷射光激發電荷的方式,觀察化學反應中電荷的行動模式、生命週期、位置等,由此判斷表面電荷是否起到反應過程的幫助作用。 利用「臨場暫態吸收光譜」發現氧空缺結構對電化學系統產氫的幫助。 圖/蒲盈志提供經改善後,釩酸鉍光電極材料在光電化學系統水分解產氫的效能可達原先的3.4倍,提升了太陽光產氫的效能。而細節部分,釩酸鉍電極載子傳輸效率提至95%,系統中的光電轉換效率相較於現有製程也提升了四成,使生產效能逐漸與理論數據接近,對於太陽光的利用率也大幅提高,發展綠能資源在科學上的實際應用。國立清華大學材料科學工程學系教授吳志明認為:「此次研究中的載子傳輸率、光電轉換率提升,都對產氫效能有著關鍵性的影響。而在未來商業化方面,需著重在如何增加面積製造的同時維持穩定的效能生產。」對於未來發展,蒲盈志說道:「未來也將朝理論值努力,我們也將嘗試將尺寸作大,突破實驗室規模,應用在更多層面,甚至希望說可以直接把它搬到戶外,讓它能夠直接在太陽光下使用。」而這種「低成本、易量產」的製備方式提供台灣未來能源更多的選擇,並期望與工業連結。此次研發技術使綠氫克服產製成本過高無法大規模應用的問題,讓綠能科技在社會上可被普及使用,促使台灣的科學研究在氫能源的發展,持續朝2050淨零排放目標邁進。
淡江尖端材料學程停招程序不民主 學生代表籲對等溝通
校園
第1767期
淡江尖端材料學程停招程序不民主 學生代表籲對等溝通
2022-10-05
【記者李念庭綜合報導】9月20日,淡江大學理學院宣布,尖端材料科學學士學位學程將於113學年停招,並在隔日辦理第一次停招說明會。然而,多數學生認為消息過於突然,且在說明會中,校方態度也讓學生感到不被重視。對此,尖端材料學程學會與淡江學生會,於9月22日發布聯合聲明,希望淡江校方依循民主程序,與學生們共同討論停招、合併學系等相關事宜。  9月22日,淡江大學學生會與尖端材料學程學會發布聯合聲明,期望淡江校方重視學生意見,依循民主程序與學生共同討論停招相關事宜。尖端材料學程近年在少子化的衝擊下,出現招生率不足、缺額問題,經學程辦公室與校方討論後,決議從113學年起更改為停招不整併。尖端材料學程學會會長蘇麒耀說明,在第一次停招說明會中,校方僅做到告知義務,且會議中無校方高層出席,加上時間只有30分鐘,因此在說明會中,校方代表皆無法即時回覆問題,導致學生在過程中感到十分疑惑,也對校方充滿不信任感。 淡江大學10月3日於辦理第二次停招說明會,會議中教務長及秘書長等校方高層皆出席,與學生面對面討論溝通。圖/尖端材料學程學會提供然而,在本週一召開的第二次說明會中,淡江教務長蔡宗儒與秘書長劉艾華皆出席會議,與學生面對面討論。除了說明停招的緣由,並傾聽學生對於此事的想法。此外,校方也針對第一次說明會中,學生詢問的必修選修學分和受教權問題,以及系學會事前收集的學生意見,統一做出回覆,例如校方同意在符合學校轉系的規範之下,盡量輔導並協助學生轉系。 針對學程即將停招砍系一事,蘇麒耀提到,部分高年級學長姐擔憂停招恐影響畢業文憑的價值,以及畢業後的第一份工作。除了高年級學生,大一新生也不滿於校方的作為,一些大二同學則已經開始規劃轉系甚至轉學。蘇麒耀認為,第二次說明會中,校方與學生的溝通狀況已改善許多,但他表示,校方仍須進一步擬定具體保障學生權利的配套措施。 尖端材料學程2005年成立,近年因招生率不足,淡江校方決定於113學年停招此學程。圖/尖端材料學程學會提供淡江大學尖端材料學程畢業校友莊信偉表示,缺額、停招都已是既定事實,校方在考量經費和經營等現實因素時,也僅能做到與學生充分溝通,並保障同學的相關權利。淡江學生會會長蘇廷瑋則提到,未來校方決策與學生意見產生衝突時,應先打開對等的討論空間,讓學生瞭解停招原因,提供相關資料,並且持續與學生溝通,以維護學生權益。在現今少子化衝擊之下,許多大專院校與學程科系,都面臨停招、整併和減招的狀況。蘇廷瑋表示,教育部不應以鴕鳥心態逃避問題,而是要改變整個教育環境,並針對教育政策做出調整。而校方在因應少子化問題做出結構性改變時,勢必會有受害者出現。因此,蘇廷瑋認為,現階段校方須與師生達到雙向溝通,藉此避免雙方權益受損,才能保障學生的受教權與發聲權。
「都卜勒效應」辨材料瑕疵 崑山科大創頻率檢測法
新知
第1756期
「都卜勒效應」辨材料瑕疵 崑山科大創頻率檢測法
2021-11-03
【記者羅子恆綜合報導】隨著人工智能技術應用於製造業,人工檢測、量表及游標卡尺等傳統方式漸被取代,但購置自動化檢測儀器的成本過於高昂,讓中小型廠商難以負荷。為此,崑山科技大學機械工程學系暨研究所副教授江智偉、孫書煌帶領團隊開發「以表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法」,希望能協助傳統工廠發展及轉型,該技術更在「2021年台灣創新技術博覽會」上獲得金牌的殊榮。 崑山科技大學機械工程學系研發團隊在「2021年台灣創新技術博覽會」以「表面波頻率偵測材料表面瑕疵之方法」獲得金牌。 圖/崑山科技大學提供目前主流的自動檢測技術包含AOI光學檢測技術(註一)與探傷儀,為資金充裕的工廠所利用,其中探傷儀透過投射聲波對回傳時間測量,以完成瑕疵檢驗。以上兩種方式除價格昂貴,也都須由專業人力操作,其成本相當可觀,還必須在事前設定無瑕疵模板。崑山科大機械系博士生鍾天穎更強調,「AOI光學儀器需經過樣本學習才能應用,過程又會花費大量時間,對過小的瑕疵也時常無法辨識。」註一:AOI光學檢測技術主要由工廠人員在檢測儀器中設定無瑕疵表面的樣本,再與實際材料的表面拍照比對,只要拍出缺陷,就會定義為瑕疵品。 因此崑山科大研發團隊以探傷儀原理發想,改良需精密儀器輔助的時間變項,以頻率做為檢測目標。該想法主要取徑於都卜勒效應(註二),江智偉說明,當瑕疵物與聲源產生相對運動時,會產生與良好材料截然不同的頻率,藉此分辨材料好壞。註二:都卜勒效應是指波源和觀察者有相對運動時,觀察者接受到波的頻率與波源發出的頻率並不相同的現象。不只如此,該技術還能將瑕疵品的出現頻率、設備是否故障等相關資訊上傳至資料庫,並結合推播系統,使工廠廠長立即收到通知、即時處理。這項發明不僅節省人力資源,更避免材料浪費。此外,工廠廠長還能透過收集到的產品資訊進行產業升級,以及評估設備是否健全。 生產螺絲螺帽的聖泰工業股份有限公司業務員蘇小姐(匿名)表示,現在的檢測技術主要透過光學儀器事先掃描,再由人員將兩者照片相比對,以此來辨別瑕疵,然這種方式卻難以觀測微小的缺陷。因此他認為,這項發明具有幫助性,「能將缺點事先挑出來,使整個製程變得更加順暢。」 然而,實際應用上仍有不足之處,鍾天穎說:「該技術遇外部震動會產生干擾,再加上工廠及實驗室的環境截然不同,因此難以進行模擬。」江智偉更補充道:「如何降低干擾、怎樣過濾聲波與訊號的處理都是需要再微調的部分。」他表示,未來也將推廣產學合作,盼能創造製造業紅利並提供傳統工廠轉型的資本。 該發明能針對螺絲、螺帽等五金材料進行檢測,在進入製程前就先淘汰,進而降低傳統工廠成本耗損。 圖/羅子恆攝
臺師大記憶體會發光 新材料打game工作不驚慌
新知
第1753期
臺師大記憶體會發光 新材料打game工作不驚慌
2021-10-06
【記者許如鎧綜合報導】記憶體負責數據儲存或是暫存的工作,在科技時代的日常扮演著極為重要的角色,舉凡電腦、手機等3C產品都有它的身影。臺師大光電工程研究所教授李亞儒率領團隊,與日本九州大學材料化學與工程研究所特聘教授玉田薫(Kaoru Tamada)合作,研發新世代發光記憶體,讓資料能同時以電子與光學的形式傳送,進一步改善傳輸與顯示效率。此研究成果於7月登上知名國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)。 臺師大偕手九州大學開發新世代發光記憶體,於110年7月登上知名國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)。 圖/李亞儒提供0與1是電腦最原始的基本語言,讓其能儲存與表達一切文字、影像、聲音等,也因此輸入、讀取這些語言的記憶體,成為數據資料與人類溝通的橋樑。現今較為普遍的是快閃記憶體,應用於電腦、隨身碟等,以及一般性資料存取。然而,它即便在讀、寫入時能以單一位元(註)進行,刪除卻是區塊抹除,有無法單一性刪除的弊病。而目前市場預期可成為替代品之一的可變電阻式記憶體(RRAM),是利用電阻的不同來表達0與1的位元數據。然其檢測電阻的手法容易限制運行效率,雖近年已有將RRAM與LED結合的產品出現,但兩元件各為不同材質,難以整合。註:位元(Bit),亦稱二進位制,表現0與1的基本單位。為克服整合困難,李亞儒表示,團隊轉向「鈣鈦礦量子點」,希望藉由根本問題「材料」,解決眼前障礙。透過控制外加電場,團隊證明RRAM元件與LED元件均可使用鈣鈦礦,換句話說材料即可整合,讓製程簡單化,前者能夠以電子方式進行數據寫入、刪除和讀取,後者則具高速光學傳輸特性,同步傳遞存取的記憶資訊。此外,團隊也在發光元件中善用量子點的特性,進一步控制光線波長,藉此讓發光的顏色有所不同,來即時判讀發光記憶體是處於0或1的記憶狀態。而這項研究最大的特點在於,突破以往電阻式記憶體用電判別0或1的位元訊號,改為更加直觀地以視覺判斷RRAM當下的狀態。並且,此研究作為把電子學和光子學兩者整合的新範例,同時也將鈣鈦礦材料的應用範疇大力拓展,可望在未來進一步突破運算速率,如避免設備延遲等問題。事實上,成功的背後參雜許多軼事,團隊成員光電所博士生嚴孟城表示,他們時常不眠不休地研究到半夜,一天大概只睡2到3小時就起床,有時還會被誤會成很早來學校,實則是還沒回家,「到最後實驗室的夥伴都會比較誰最苦命。」嚴孟城苦笑道。他也分享,台日的遠端合作也讓其中多了阻礙,雙方的想法難以即時交流,只能盡量透過時間有限的視訊機會作溝通調整,是相當特別的體驗。 臺師大光電工程研究所研究生嚴孟城操作顯微螢光光譜系統,分析鈣鈦礦量子點的光學特性。 圖/李亞儒提供「記憶體的創新是對市場有影響力的。」YOUTUBE剪輯師林原立表示。這項具有高度潛力的創新研究,其應用範疇從高階的資料加密保護科技,到日常生活中的視訊會議系統、遠距教學或是簡單的螢幕顯示,都將可能帶來運算效率的提升。
廢棄稻草包水果 中興創減塑環保新材料
新知
第1753期
廢棄稻草包水果 中興創減塑環保新材料
2021-10-06
【記者單師樵綜合報導】水果從種植、運送到販售的過程中,需消耗大量塑膠包裝。為此,國立中興大學生命科學系學生周麗慧與生物產業機電工程學系學生林虹余合作,研發「WastePack升值廢物包裝」,以稻草為基底,加入聚乳酸、甲殼素等材質製作長途運輸水果的包材。WastePack不僅能替代包裝水果的塑膠,更有助於減少因燃燒稻草及提煉塑膠所產生的碳排放,並且原料為廢棄物、成本低。作品獲得教育部「109年度氣候變遷創意實作競賽」金獎肯定。 WastePack為國立中興大學生命科學系周麗慧與林虹余所研發,為長途運輸新鮮水果所使用的包材。 圖/林虹余提供當初WastePack的發想,起因於團隊希望解決水果浪費。林虹余說:「其實食物上游端有浪費問題,例如水果在運送時使用的冷藏車,其中的風扇因為不常清洗,容易藏汙納垢,水果放在裡面也會容易壞。」因此,他們決定從較少人涉及的上游端來改善現況。WastePack的主要原料為稻草,同時加入聚乳酸,使得包裝同時擁有紙與塑膠的特性,水氣因此不易進入與水果接觸。林虹余說明:「我們發現聚乳酸是最好分解,也是大家在提到環保塑膠的時候,第一個會想到的材料。」另外,因材質包含海鮮萃取的甲殼素,WastePack亦有抗菌效果,使水果在運輸空間下較不容易腐敗。「甲殼素在生醫領域很常被拿來抗菌,而且它可以跟聚乳酸結合。」林虹余解釋,甲殼素同時能解決抗菌成分無法與紙材融合的問題。 WastePack包裝材質以廢棄稻草為基底,並加入聚乳酸與甲殼素而製成。 圖/林虹余提供不過,團隊在製成WastePack的過程中遇上兩個技術困難。首先,他們找不到將紙與塑膠特性合併的方式,林虹余說:「森林系教授聽到我們要把紙和塑膠結合起來的時候,都覺得不可能。」而在尋覓抗菌成分時也歷經波折,團隊曾經嘗試兒茶素、柑橘精油以及柿子葉等材料,但都無法良好地與紙張結合。經過大量閱讀論文、與專業領域教授多次討論後,團隊總算找到聚乳酸與甲殼素,使WastePack能夠克服上述困難。團隊亦分享,他們與校內有機農業攤販接觸後,意外發現農民對於WastePack作為環保替代品十分支持,指導教授程華強說:「現在農民環保意識其實滿高的,他們可以感覺到氣候變遷對於台灣農作物帶來的負面影響。」國立臺灣大學農業化學系學生黃詩雅也認為,若價格合理,他願意分享包裝理念給身邊朋友,然他亦指出:「團隊僅運用稻桿中的纖維素,剩下部分該如何解決是另一問題。」他補充,甲殼素過敏患者與素食主義者可能無法接受此包裝。 WastePack包裝有防潮、抗菌功效,同時又由生物材料製成,並可生物分解。 圖/林虹余提供此外,要將WastePack商品化還遇上資金困難,「光是專利就要我們先出100萬出來。」程華強解釋,雖然目前仍無法商品化,但此研發是個有前景、有潛力、一舉兩得的方案,「它解決一個非常大的環保問題,接著它可以對台灣未來農業科技上面帶來很大的助益。」而團隊目前則計畫參加新創競賽,希望能藉此獲得更好的資源,如輔導生產。周麗慧表示,希望WastePack有朝一日成為台灣主要的水果包裝方式。
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