跳到主要內容

新聞期別 :

關鍵字搜尋 :

鍍膜結合甲殼素 助建物散熱減碳排
新知
第1788期
鍍膜結合甲殼素 助建物散熱減碳排
焦點
2023-12-06
【記者邱昭華綜合報導】「希望透過提升散熱效益,減緩地球的溫室效應。」國立清華大學與國立陽明交通大學的師生團隊攜手研發「環保材質輻射散熱薄膜及鍍膜製程」,用甲殼素作為散熱鍍膜主要材料,除提高散熱效率外,還能兼具環保。此作品11月21日於中華民國國家科學及技術委員會的記者會上發表。傳統散熱裝置例如冷氣與風扇,皆利用熱對流的方式降低室內溫度,但往往需要消耗電力,增加碳排放,進而加劇溫室效應。 而熱輻射指的是物體本身會發射出電磁波來傳遞熱量,且不需耗費能源。團隊利用輻射散熱的原理,製作出甲殼素薄膜,並應用在鐵皮工廠或其他曝曬於太陽底下的建物屋頂,自動將室內的高溫散發出去。 圖為原理示意圖,團隊研發的鍍膜屬於紅外線放射層,可利用輻射散熱的方式,將室內的熱能傳到太空中。 圖/康皓宇提供雖然市面上已有類似功能的鍍膜,但傳統上的材料繁多、製程複雜,所需的真空、無塵設備成本昂貴,更摻入許多重金屬,容易造成環境汙染。此鍍膜不僅降低製作成本,也能減少對大自然的傷害。國立清華大學動力機械工程學系教授陳玉彬補充道:「鍍膜在操作上相當方便,在開放、通風環境下通電,約五分鐘就能完成。」 此為鍍上甲殼素薄膜的樣本,鍍膜過程只需花五分鐘的時間,操作相當簡單,但配方和比例耗時三年才得以完成。 圖/康皓宇提供此薄膜最大特色為選用甲殼素作原材料,清大動力機械工程學系學生康皓宇說:「甲殼素來自於蝦、蟹的外殼,無毒又有可分解性。」除了環境永續的考量,甲殼素的輻射散熱效果也相當顯著。大約有9%的地球長波輻射會返回太空,當中直接回到太空的輻射波段落於8至13微米之間,因此科學家稱這段輻射波段為「大氣窗」。由於甲殼素具高放射率,當該區間的輻射碰到薄膜後,會直接穿透過去並直達太空。若以不銹鋼片為基板,鍍膜後可提升熱輻射放射量13倍,鍍甲殼素薄膜的樣本整日均溫較未鍍的低攝氏2.8度,最大溫差可達攝氏7.1度。 圖為甲殼素粉末,來源是蝦蟹的外殼,具無毒、可分解的特性,並易溶於弱酸的電解液中。 圖/康皓宇提供提及現有的困境,陳玉彬說:「我們目前做出的薄膜,效果只能維持大概三個月。」他表示,三個月對於工業塗層來說相當短,希望未來能改善效期,讓鍍膜效果更持久。國立中央大學機械工程學系教授曾重仁認為,作品再利用自然界的甲殼素,符合時下的永續目標,若能克服持久性、工業製程等問題,即使價格比市售的薄膜貴一至兩成,也有一定的市場。
放射手術新突破 臺大創非侵入技術治酒癮
新知
第1784期
放射手術新突破 臺大創非侵入技術治酒癮
2023-11-01
【記者張雅媜綜合報導】過去研究發現,有10至20%具喝酒嗜好的人口會發展成酒癮。為更有效地治療酒精成癮相關症候群,國立臺灣大學心理學系助理教授葉俊毅研究團隊研發出無創放射手術,用非侵入性的手法,達成更穩定的療效。此技術目前在動物實驗上已獲得正向成果,未來有望提供酒精成癮患者新的醫療選擇。目前醫治酒精成癮的主要方式為藥物和諮商技術,不過療效因人而異,且皆須患者長期配合,考驗病患之意志與自制能力。而臨床醫療中,也有透過調節神經,醫治相關病症的手法,如深腦刺激術與經顱磁刺激(註),皆利用電流改變腦部神經活動來促成療效。但電流刺激有造成腦部損傷的風險,可能導致記憶受損等副作用。葉俊毅表示,深腦刺激是侵入性手術且價格昂貴,手術效果受植入位置準確度及個人體質限制;而經顱磁刺激只能影響腦部表層結構,效期較短,需要不斷重複治療。註:裝置安裝於大腦外圍,透過磁場誘發微電流的物理特性,刺激或抑制腦部活動。 此手術對腦部依核進行神經調節。依核在大腦獎賞、成癮、恐懼等活動中起重要作用。 圖/葉俊毅提供現有的方法各有長短,葉俊毅認為目前用於切除腫瘤的放射手術可能是調節神經、治療酒精成癮的新解方。於是研究團隊以迷你豬作為實驗模型,嘗試針對管理動機和回饋反應的腦部結構―「依核」,施予低劑量輻射,活化該區域的神經網絡,使其飲酒動機下降。研究人員在手術前會獲得核振造影影像,並根據此影像設定輻射位置及劑量,再交由可精準控制輻射位置的機械手臂自動操作。葉俊毅解釋:「電腦定位可以將接收輻射範圍侷限在直徑5毫米以內,達到精準神經調節的目的。」 為避免輻射線對行經細胞產生不良影響,放射手術將所需總輻射量分散成數道微量射線,從四面八方照向指定位置。 圖/葉俊毅提供為了測量動物的飲酒意願在術後的變化,以判斷手術效果,研究團隊也要訓練實驗豬隻表現出似人類、主動抉擇的行為。團隊學生、臺大心理學系林家璿說明:「我們會訓練豬用鼻子按按鈕來表達喝酒意願,依按鈕頻率判斷成癮狀況。」而實驗豬隻經治療後,明顯減少飲酒量,且一次手術即可有長達數月的療效。 研究團隊在控制室,對手術過程禁行全面監測。 圖/葉俊毅提供擁有臺灣成癮專科醫師執照、現於多倫多大學深造的博士生王璽瑜認為此手術能縮短療程,解決部分病患無法長期配合治療的問題,「不過是否符合臨床需求,仍要觀察實際療效、是否有副作用,及手術價格是否親民等的問題。」而國立政治大學心理學系教授楊啟正則提醒:「輻射對大腦帶來的變化是不可逆的,須格外留意其對放射目標周遭的大腦結構及其他酬賞機制的影響。」儘管無創放射手術仍在動物實驗階段,其研究成果已為臨床醫療帶來更多可能性,葉俊毅說:「若通過臨床試驗,此手術也能應用在其他與神經活動相關的病症上。」目前研究計畫仍在進行中,研究團隊除了持續追蹤術後療效外,也深入探究放射手術對其他腦部區域的影響。
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。
置頂