【記者林婷妤報導】機械結構設計千變萬化，仍免不了出現振動問題。淡江大學航空太空工程學系教授王怡仁與淡江航太系碩士生余陳彥，共同發表「基於聲學黑洞理論之彈性樑應用於複合式彈性鋼片減振及獵能系統」，研究提出了兼具減振與能量回收，且產生電能的結構設計，為綠色回收提供關鍵突破，也於「2025中華民國航空太空學會第六十七屆年會暨學術研討會」奪得最佳論文獎第一名。 飛行器或機械元件在運作時，常受到風場擾動、其他機械等振動來源影響，若振動累積過大，將造成結構疲勞，進而影響機械壽命，因此，製作出減振結構就成了機械設計的重點。臺灣過去有研究嘗試將振動減輕，或者將振動能量用來發電，但卻發現兩者間有矛盾之處。王怡仁表示，傳統上如果要讓壓電材料產生電能就需要大幅度振動，反而無法讓結構減振，「你要讓它抖很大發電，那主體不是就壞了嗎？」然而，團隊卻利用了聲學黑洞原理（Acoustic Black Hole, ABH），突破了以往限制。 王怡仁解釋，原理關鍵在於須將機械結構中的橫樑，切削出符合特定數學函數曲線的凹槽，使厚度由厚變薄，當振動從厚的一端傳遞至越薄的區域時，波速會逐漸變慢，且因為能量守恆，振幅也相對增大，「能量就被集中在較薄尖端部分，它就沒辦法回傳，就好像振動波掉入黑洞一樣。」團隊設計出分層的機械結構，上層為橫樑，下層則為類似飛機或火車中的隔板，並以彈簧將兩者連接，形成可傳遞振動的系統，再將壓電材料 （註一）固定在橫樑尖端，使被集中的振動能量能轉成電能，再透過電線連接LED燈，驗證其是否發亮。 註一：主要由特殊陶瓷或高分子聚合物製成，可透過施加力產生電壓，反之也能通電讓其變形。 王怡仁進一步表示，目前研究已透過理論與實驗證明，顯示振動振幅可降低約30至40％，電壓也從自己過去研究的0.3至0.5伏特，提升1至3.5伏特，他也認為，設計未來能應用於無人機、衛星板件等存在持續振動問題的系統，並把產生的電能用於小型警示燈，整合成結構的健康監測系統。國立成功大學航空太空工程學系助理教授李孝威則說明，傳統上需附加阻尼才能達到減振，但反而會增加額外重量，因此他認為結構以非外加方式實現減振十分特殊。他也補充，過去在製作結構健康檢測系統時，往往需要額外電源，增加重量負擔，「那它（結構）基本上能發電，又可以轉化能量，可以說是一石二鳥。」 回顧研究歷程，王怡仁坦言整個過程相當耗時，「必須透過理論、數值分析、軟體模擬，還有實驗，4個環節要把它相互交叉驗證，讓誤差設定到5％內。」他也肯定余陳彥在理論推導上的投入，由於研究需要先求出結構的振動模態函數（註二），才能進行後續的數值分析等工作，而余陳彥則花費一年推導出函數，讓研究得以推進。對此余陳彥分享，他先從原始公式出發，再加入結構厚度變化條件進行推導，平時也會多參考國外文獻，「剛好有看到一個方法，最後也讓我成功解出來了。」 註二：指描述任何結構在不同頻率下如何振動的數學公式，找到此函數便能預測結構振動模式。 談及對研究後續延伸，王怡仁表示，未來打算將ABH結構應用於火箭減振設計，他指出，由於火箭主體細長，不同安裝位置會造成減振效果差異，因此未來將引入AI進行大數據分析，以降低人力成本與縮短設計時間。王怡仁補充，因波蘭的火箭發射成本較國內便宜，團隊近期也已提出合作申請，期望結合雙方技術，協助團隊進行數據蒐集，找出最佳化的減振配置。余陳彥則認為，半導體設備對微小振動非常敏感，因此他希望能優先應用於相關設備，以提升產品良率，期盼未來也能拓展至更多產業。

【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。

【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。

【專題記者王薇妮、傅有萱、林琮恩綜合報導／工程協力林柏宇、廖俊豪、楊明翰、郭冠廷、邱垂金、杜明軒】人們在飽餐一頓後，杯盤狼藉的餐桌上難免參雜著剩菜剩飯、食物殘渣，這些是我們每天都必須面對的——「廚餘」。然而，你是否曾在大快朵頤後，留意過你的廚餘去哪兒了呢？是否好奇過各縣市的廚餘分別有多少？而這數十萬噸的廚餘又該何去何從？