【記者江虹報導】一氧化氮（NO）是工業排放中常見且難以處理的有毒氣體，被視為空氣污染治理的難題。中國文化大學化學工程與材料工程學系教授陳輝龍研究團隊運用電腦模擬與材料計算，設計出新型單原子催化材料，可在低能耗條件下將一氧化氮有效轉化為氨（NH₃）。參與研究的文大化學工程與材料工程學系陳姿卉更以第一作者發表論文，成果登上美國化學協會的《美國應用能源材料雜誌》（ACS Applied Energy Materials）期刊封面。 在處理一氧化氮等氮氧化物時，通常使用氧化還原作用與催化觸媒，將其還原為氮氣。研究團隊利用催化材料抓住一氧化氮，將氮和氧透過「氫化反應」一步步拆開，分別轉化成氨和水（H₂O），並透過電腦數據模擬，找出反應路徑上有最佳催化效益的金屬元素。團隊使用的催化材料，是一種附有單一金屬原子的蜂巢狀有機網架，陳輝龍說：「其中的單原子像一顆超迷你催化點，專門抓住一氧化氮，將其分解成氨。」他表示，可以把它想像成一片很輕薄、充滿小孔洞的濾網，每個孔洞裡面藏一顆金屬小釘子，能抓住一氧化氮轉化。陳姿卉解釋道：「我們運用電腦模擬來確認，一氧化氮是否能靠近並被金屬吸附，再進行後續的氫化步驟。」並提到，其中表現最好的金屬是鋁（Al）和錫（Sn）。 本次成果主要依靠電腦模擬與材料計算完成材料篩選與反應機制分析，省時又省成本。陳輝龍說道：「可以把它想成一個虛擬實驗室，建立起材料模型，讓一氧化氮分子靠近材料、吸附、反應，電腦就能算出每一步大約需多少能量。」他指出其優點為不需實際操作所有材料、可快速預測哪項較有成功機會，最後挑選最有潛力的材料交由實驗室驗證即可。 陳輝龍說：「我們注意到一氧化氮是空污中非常棘手的氣體。」他解釋，團隊長期投入化學材料工程研究，具完整的電腦模擬經驗，觀察到問題和參考其他文獻資料後，而有了研究構想。陳姿卉也坦言，自己研究初期對電腦模擬不熟悉，因此花費不少心力架設前置流程的計算環境，經過教授耐心的帶領和指導，他學會將零散的結果串成有邏輯的反應路徑，「我最大的收穫是，跨過那些初期的障礙，開始理解材料如何反應。」 至於技術未來的應用和發展， 陳姿卉提到，研究為未來的材料設計開啟新思考方向，「有效的催化金屬不一定要昂貴或稀有，有時候被忽略的元素，反而蘊藏著新的可能。」國立臺灣師範大學化學系教授王迪彥也肯定陳姿卉在研究上的貢獻，「這對於未來在開發觸媒或是其他催化反應，提供了實驗時一個不錯的執行方向。」 陳姿卉還在就讀大學，就成為此論文的第一作者，他說：「這次研究讓我更確定想在電化學材料設計與計算模擬這條路深耕。」他認為背後的活化機制、氫化路徑與催化行為都值得研究。他也表示自己非常幸運，感謝教授看見自己做事細心和沈得住氣的特質，願意將研究交給他主導，他也勉勵同樣想從事研究的後進，「只要肯投入並願意持續學習，任何人都能在研究上展現真正的實力。」

【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。