工程學科(二)科

工業中時常會運用噴霧冷卻(圖0.1)，以液滴的潛熱變化冷卻高溫表面。因此為了提升高溫噴霧冷卻的效率，本研究基於過往文獻與（Hsu,2023）共同研究微奈米結構表面ARG上液滴的碰撞運動，並由實驗推論高溫表面蒸氣層和氣泡推力的作用。接著由單一液滴碰撞實驗推導實驗和理論受力模型並進行比較。最後進行單一液滴冷卻實驗並推論連續液滴冷卻實驗結果。本研究發現ARG表面的各運動特性均優於文獻，且利用液滴的受力更全面地了解液滴運動和冷卻效率的關係，更在最後驗證其冷卻效率優於對照組，並發想探討連續液滴冷卻的實驗方法，以更貼合工業上實際的噴霧冷卻。經過此研究，ARG表面能夠實際應用於工業上高溫表面的噴霧冷卻。

當代科學研究中，分光儀已廣泛應用於諸多領域。然而其高昂價格往往阻礙了們親近科學的想望。因此，本研究以三稜鏡等平價材料，結合Tracker Video Analysis and Modeling Tool軟體製作分光儀，並應用於分析領域。熱力學方面，成功測得鐵III離子與硫氰根離子錯合反應之平衡常數；化學動力學方面，成功測出碘鐘反應之速率定律式，並求得其活化能。實驗結果與先前研究文獻相當接近。雖然本研究自製分光儀在觀測範圍、精確度等面向遜於專業分光儀，但其簡易的操作程序與準確的實驗結果仍印證了其實用性與可靠性。換言之，本研究從低成本材料出發，以當代普及科技為支點證明此模式能夠槓桿出許多應用。

本實驗我們主要使用LED燈做為光源來對比接近太陽光波長的白熾燈，並使用碘液對比I- /I3- 電解液。我們發現當二氧化鈦膜燒結溫度在300~450度間以及當二氧化鈦膜面積為5cm2、浸泡於染料時間20分鐘時效果為最好，便在後續變因下維持這些因素。此外，我們也自行萃取出花青素、葉綠素、兒茶素三種天然染料來做比較，並透過太陽光能轉換效率公式計算出電池效率嘗試找尋效果最好的天然植物，後續也以此為根據嘗試了混和不同染料。同時，我們藉由觀測LED燈與近似太陽光波長的白熾燈照射下的結果來進行電池性質的比較。

廢棄蛋殼易產生惡臭，蛋殼含98.4%鹼性物質CaCO3；經攝氏900度焚燒的蛋殼XRD分析主要成分為CaO，拌入土壤測得排出的水pH值達12.09造成植物難以生長。本研究以蛋殼鋪在土壤當肥料的小白菜萌發率較好。膠水與蛋殼粉1:1製造出環保的蛋殼紙與市售A4紙張的性狀與著色度比較兩者皆佳；球磨三小時之蛋殼粉末可加入再生紙取代15%的原料。蛋殼粉加入釉藥中能取代原料達36%且在攝氏1230度燒成下，釉面莫氏硬度皆達7~8之間；在釉面耐酸鹼測試中，釉式中僅含石英3%的釉式在加入24~36%蛋殼粉燒成的釉面均會被酸鹼汙染變色且表面變粗糙，釉式中含石英9%釉面耐鹼測試中，加入24~36%蛋殼粉製成的釉面均無汙染變色，製成的食器釉面經SGS檢驗符合臺灣食器法規亦可作為環保的再生建材磁磚釉面。

不鏽鋼材（SS）表面改質與優化可提升抗蝕性，故極具應用價值，目前多使用昂貴合金或低成本的塗層方法。電漿沉積為先進塗層技術，其所發展的聚矽氮烷薄膜可提升抗蝕性，但表面疏水性限制其應用範圍。本研究以CF4電漿改質不鏽鋼材表面的聚矽氮烷，以調控表面之親、疏水性。浸泡模擬體液發現最佳化製程條件為：流率10 sccm、功率30 W、工作壓力80 mTorr之CF4電漿處理ppHMDSZ聚矽氮烷1分鐘，將薄膜改質為親水性並維持94%抗蝕性。分別在體液與海水環境，改質後薄膜仍具抗蝕性與親、疏水穩定性，且表面可抗蛋白質沾黏。本研究結果可發展為風機水下結構之抗蝕材料，此親水表面於金屬醫材應用亦具突破。

鋁離子電池材料的性質優於其他二次電池。我們將SP-1和活性碳混合，製成不同比例的陰極，進行充放電測試。結果顯示，SP-1能增加充放電容量，而活性碳僅增加充電容量。XRD和拉曼分析顯示，SP-1具有良好的插層能力，而活性碳的強吸附能力使電子難以從陰極釋放，因此對放電的影響不明顯。 實驗中，我們將電池的充電電壓設為2.4V，但有些電池只能達到1.2V。在剪開這些電池後，我們發現其隔離膜上的漿料覆蓋較少，推測是由於Ni-bar的厚度使隔離膜與碳紙之間存在空隙。經過調整後，情況有顯著改善。 最後，我們將四個電池組合，透過太陽能板充電，成功使3V的馬達運轉，證明我們的太陽能充電模組是可行的。

現代工業對稀土元素需求增加，主要有兩種來源：稀土礦物的開採會產生大量廢棄物，對環境造成污染；回收稀土元素的主要來源是從廢棄的電子產品，添加有毒和放射性的酸洗液。相比之下，海水中的稀土元素也是個近年正在發展的回收來源，具有潛力的電化學沉積法具備選擇性、低能耗與環保優勢。本實驗利用電化學原理，從低濃度硝酸鈰溶液中沉積稀土金屬，探討不同條件、電極的影響，再以EDTA滴定測定鈰離子濃度變化以計算電化學沉積效率。最後在以氯化鈉水溶液模擬海水測試。 實驗發現，添加25mg硝酸鉀使用表面積大的碳氈、10mA電流電解並攪拌能成功沉積出鈰金屬氧化物，最後成功在模擬淡海水溶液中沉積出金屬，表示其應用潛力。

本研究探討銅銀奈米粒子的形態控制與抑菌性能。硼氫化鈉、寒天 Agar 及植物萃取液法，合成銅銀奈米粒子，TEM 分析粒徑大小和分散性，使用高效液相層析法(HPLC)檢測萃取液中的反應物質。結果顯示，銅奈米粒子在植物萃取液中穩定性較高，粒徑更小，具明顯廷得耳效應。銀奈米粒子因反應物濃度過高和穩定劑不足，容易聚集粒徑較大。奈米銅對大腸桿菌(E. coli)有顯著抑菌效果，而奈米銀抗菌性受粒徑影響較大。通過尖端放電，電擊處理過的奈米銀粒子，粒子數增加粒徑也明顯降低，使銀奈米粒子抑菌能力進一步提升。本研究為銅銀奈米粒子在抗菌應用領域提供了基礎，採用綠色化學製程所合成的奈米粒子，未來可透過合成條件的優化來進一步提升其性能。

本研究旨在研究環氧樹脂AB膠熱固化反應後形成的網狀交聯結構，結合其黏著用途，探討不同A膠與B膠的配比與不同固化環境是否會影響剪切強度。更結合不同儀器測量膠水性質，希望達到佐證的效果。在80°C時增加固化時間，各比例皆無明顯變化，而在改變溫度到100°C及以上，3：1的配比因環氧樹脂過多產生自聚反應使機械咬合更佳。後續的實驗得知膠水對不同材質的剪切強度與其表面能有關，且在膠水中加入橡膠微粒後，能提高分子可承受的最大拉力。

本研究仿照沐霧甲蟲的異質濕潤表面結構，將含有親、疏水顆粒（SiO2 與PTFE)的溶液塗佈於可熱縮之聚苯乙烯基材上，進行熱處理後即可獲得具捕霧集水功能之元件。接著，再改變溶液中親疏水顆粒重量比、總固含量、親水顆粒粒徑及親水性顆粒種類，試圖找出最佳的製備參數。 結果顯示，當親疏水顆粒重量比1：300、總固含量20wt%、SiO2顆粒粒徑10μm 時捕霧集水效率最佳，可達666.88mg/h‧cm²。此外，將本實驗中捕霧集水效率最佳之元件與陶瓷、高分子和金屬材料進行捕霧集水效率比較，其中本實驗設計的最佳參數捕霧集水元件有較佳的捕霧集水效果，是一種高效率、低成本的捕霧集水元件，未來希望能運用於水資源回收與再利用的設備上。