工程學科(二)科

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。

本研究旨在製作一套利用太陽能為動力的電解水製氫裝置，探討影響製氫效率的因素，並進行裝置優化。首先，為減少歐姆過電位來提高能量轉換效能，我們創造雙層圓筒式電極以最小化兩極距離，並利用較便宜的碳材來確認此電極型態確實可順利運作後，再改電極為發泡鎳，以降低活化過電位。而濃度極化所造成的過電位，則是利用離子交換膜及外接馬達抽換電解液的方式克服。常溫下，鎳為電極，當KOH濃度為35%、0.25A（1.8V），製氫的能量轉換率最佳，為271.6L/kW．hr。 透過優化裝置的設計解決了早期漏液、補水等問題，且改良後裝置採共用電解液和可調節電極數量的設計，提高實用度。最後，建立IoT系統來控制抽換電解液的間隔時間，使裝置達自動化且增加效能。

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。

探討不同基礎、不同加固法及不同地質條件，對建築物耐震能力的影響。在無進行地質模擬的情況下，淺基礎無加固的耐震能力，優於無基礎和深基礎。深基礎因基樁與底板連接處易斷裂，而存在受損風險。對比各種加固法，彈力球體加固法的效果最佳，其次則是彈簧加固法。而因一代和二代彈珠的工法差異，二代在降低加速度值的效果較好。整體而言，免震效果最突出的加固方式為彈力球體和彈簧加固法。在模擬不同的地質條件下，彈力球體加固法在各種深度基礎中表現最佳。而深基礎彈力球體加固法在降低加速度值的能力上更是優於淺基礎；在土壤液化區的測試過程中，裝置彈力球體的建築物較不易有傾斜、沉陷及損壞的現象發生，所以基礎加固是必須被重視的。

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。

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。

本研究探討新型微生物燃料電池(MFC)於能源再生及水資源處理中的應用。MFC利用微生物將廢水中的有機物轉化為電能，不僅達到能源再生、低碳排放的的勢，， 可降解有機物、低產生電力等。本研究使用不含氟化物的煤灰陶瓷隔離膜，並對石墨氈改質， 以探討電極的材料(石墨紙低石墨氈低改質石墨氈低排布) 及表面積(3x3、低4x4、低5x5 cm²)對MFC產電效率及淨化廢水效率的影響。結果顯示，電極材質則以較貴的石墨紙表現最勢，但較便宜改質石墨氈在發電效果及去除污水的效率上皆接近石墨紙；在電極表面積為4x4 cm²時產電效率及淨化廢水效率最佳，顯示較小的表面積差異對MFC影響效果不大。本研究可為MFC在污水處理和能源再生中的應用提供了重要的數據參考。

本研究針對嘉義地區廢棄蝴蝶蘭(Phalaenopsis)資源，嘗試以天然深共熔溶劑(Natural Deep Eutectic Solvent, NADES)在萃取蝴蝶蘭不同部位: 根、莖、葉、花之多醣及相關活性成分，並與傳統水萃取比較萃取率。透過評估萃取液中多醣含量、多酚含量、抗氧化能力，與抗菌能力以衡量萃取物在口腔保健之功效。之後將萃取物進一步結合不同配方之高分子基材料HPMC(Hydroxypropyl Methylcellulose)與 PVP(Polyvinylpyrrolidone)，嘗試製成能有效成膜的口內膠。實驗結果顯示，以betaine+lactic acid組成的 NADES配方對蝴蝶蘭花部位之多醣與多酚萃取效率特別顯著，亦展現較高之抗氧化能力與抑菌效力，且能與特定配方之高分子材料結合形成有效凝膠。藉由萃取方式與高分子材料之配方優化，最終可望開發出兼具環保、功能性與口腔護理應用潛力的天然凝膠產品。

肝臟病變為一重要健康議題，前人研究使用6-MP(6-Mercaptopurine) 治療肝癌，於治療後5天開始復發。本研究開發藥物載體光動力系統，PtAu Ps–NIR(鉑金雙金顆粒-近紅外線)載藥物，持續於肝癌細胞四周釋放藥物，照射近紅外線殺死肝癌細胞，強化光動力系統抗癌效能。研究據顯示，PtAu Ps照射近紅外線10分鐘之後，溫度上升7.4℃。相較於對照組， PtAu Ps使肝癌細胞株(Huh-6)死亡率提升近80% ; PtAu Ps + NIR 使肝癌細胞株(Huh-6)死亡率提升近90%。本研究提供肝癌醫療一個有潛力新型化學光動力熱治療法。