工程學科(二)科

「水泥」是所有建築物中不可或缺的材料，然而波特蘭水泥的生產過程所產生的二氧化碳數量卻加劇了全球暖化問題…。 在學校我們有一間專業的陶藝教室，在每學期都累積不少素燒坯的瑕疵品，有時要將它去除也諸多不捨，於是啟發了我們想要給予它不同的利用價值。當材料課老師提及無機聚合的概念時，隨即引發了我們實驗研究的動機，我們決定運用學校陶藝教室學生窯燒失敗的素燒坯體取代水泥，藉由鹼激發製作成再生無機聚合物，並與水泥漿體進行抗壓強度試驗，且探討密度與素燒粉的關係，期望減少廢棄物以達到循環經濟之成效。

台灣位於歐亞、菲律賓板塊交界處屬地震頻繁區，而1999年發生921地震對台灣建物造成嚴重損害，爾後政府投入大量經費對校舍進行耐震補強，其中以裝設剪力牆為常見補強方式，因此我們想藉由縮尺建物模型實驗進行探討校舍建物裝設剪力牆後之減震效益。 本研究目的係模擬長八間教室、高三層樓單元之長軸向校舍建物進行之抗震試驗，並透過對照組與實驗組模擬不同地震波下位移、軸力與加速度進行比較？並討論在實驗模擬後各方面的特性並比較差異。 藉由安裝位置、開口形狀、大小、斷面四種不同控制變因進行討論，本研究實驗結果顯示，安裝於對稱建物長跨中心皆有明顯之消能效益，且開口與材質亦有不同減震效益，而模型尺寸規模亦屬重要關鍵。

一般將螢光粉覆蓋於LED上，受光激發而產生各色光，直接照明的光轉換效率高，缺點是極刺眼。本實驗研究LED的間接照明，利用已發展千年的釉藥調製技術和材料，以塞格式、一維二元...常見調釉藥比例的方式，結合現代科技分析方法，應用於LED以產生漂亮又不刺眼的間接燈光，亦具有高藝術價值及實用性。 研究結果成功依需求自製低色溫(暖色系)或高色溫(冷色系)的「反射式」高演色性熒光釉，避免接觸高溫晶片而使螢光粉劣化，得到間接燈光的最佳化曲線。陶瓷耐高溫、易散熱而且釉藥能保持 長時間不會退色、千年不壞。釉藥學千年來多應用於瓷器上，近年部分用於LED的螢光粉。本實驗堅持傳統用於瓷器藝術，又援以新科技LED，使其兼具現代實用需求及工藝美學。

長期以來，若人體發生軟骨缺損，僅能依賴藥物或手術來減緩軟骨損傷，但無法達到修復軟骨之目的。 本研究使用天然高分子進行交聯反應製備軟骨支架，透過溶劑鑄造鹽洗法，控制內層孔洞粒徑及數量，探討不同粒徑大小與添加量之造孔劑對支架物化性質與促進細胞分化能力之影響。透過觀察顯微結構，測試吸水量、降解性、抗壓強度與交聯度，並測試生物相容性與促進前驅骨母細胞增生及分化之能力。 結果發現，造孔劑粒徑大且添加量多的軟骨支架 (170-4)，雖抗壓強度僅 0.0177 MPa，每克支架吸水量達 14.72 mL ，浸泡於試劑 30 天後，支架不會明顯降解，且不具細胞毒性，促進前驅骨母細胞增生與分化的能力最佳，因此可作為適用於軟骨缺損修復之組織工程支架，提高軟骨修復之成效。

本篇研究以矽藻土為原料，藉由添加無機物及抗菌材製作一兼具多孔性及抗菌功效之複合材料，為了製作高比表面積的氧化鋅粉末，以自行組裝改良式直接沉澱裝置，比較反應溫度、體積流率以及滴定速率對產物粒徑的的影響，在材料造孔實驗方面，採用精鹽、硝酸鉀以及過碳酸鈉作為造孔劑，以溶解方式形成孔隙結構。由實驗結果得知，矽藻土經摻混水泥砂可獲得極佳的成模強度，而改良式直接沉澱法證實降低體積流率以及提高反應溫度皆可有效提升產物的比表面積，當反應溫度由25°C上升至60°C，所製備的奈米氧化鋅粉末的比表面積可達15m2/g以上，約為原先的5倍左右，將含有68nm 5%ZnO的多孔性矽藻土複合材料進行抗菌實驗，在水相環境下對於大腸桿菌的抗菌率可接近100%。

全球暖化與氣候劇烈變遷是個迫在眉睫的問題，大氣中溫室氣體增加，主要是由於燃燒化石燃料排放二氧化碳所造成，若能把二氧化碳氣體加以利用，就能有效減緩地球溫度的上升。在本研究工作中，我們首先利用哈默法將石墨與強氧化劑生成氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)，然後以適當比例混合GO、聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)與正己烷，成功地製備出多孔性石墨烯電極，並採用離子液體([EMIm]Cl)/碳酸丙烯酯(Propylene Carbonate, PC)作為電解質，搭配鎂金屬作為陽極，開發出低成本且實用性高的「鎂金屬∕CO2燃料電池」，此電池會將二氧化碳穩定的形成草酸鎂(Magnesium Oxalate Hydrate)封存起來，並產生1.6伏特的直流電壓，此一氣呵成的二氧化碳吸附、封存與產能發電，符合綠色環保與能量再生的永續循環理念，非常值得推廣及利用。

我們選擇使用氧化石墨烯作為本次實驗的材料，利用強氧化劑和硫脲切割氧化石墨烯 (GO)，得到石墨烯量子點 (GQDs)，根據量子的尺寸效應，合成出的量子點越小，放光越藍移；量子點越大，放光越紅移。由於我們想將石墨烯量子點發光的特性應用在細胞成像，因次我們透過改變各種變因，得到放光 700 nm 的石墨烯量子點。由於紅外光可穿透較深層的皮膚，產生膠原蛋白，對於醫療上的應用有極大潛力，我們將合成出的石墨烯量子點加入海拉細胞中，使細胞產生胞吞作用，並且比較四個不同樣品，GQDs 20 min、GQDs 1 hr 30 min、GQDs 20 min + biotin、GQDs 1 hr 30 min + biotin，透過儀器鑑定得知細胞對 GQDs 1 hr 30 min + biotin 的接受度較高，再將獲得的結合石墨烯量子點的細胞應用在細胞顯影上。

本研究可分為兩大主題，其一為提升全釩液流電池之反應時間，二為製作釩空氣電池。為節省實驗成本，皆購入較為便宜之V2O5自行電解為所需之V4+及V3+，並運用自行製作之全釩液流電池，探討其何種內部迴路構造與複合膜可使電池反應時間與理論值最相近，亦自行嘗試製作釩空氣電池，將其沉澱物V2O5拿來重複電解。實驗結果顯示，Type-2反應時間最接近理論值，本團隊之複合膜為PVA、LiCl、與杜邦公司之Nafion溶液聚合而成，與市售之Nafion-117比較結果，本研究之複合膜電壓效率、能量效率及庫倫效率仍不及Nafion-117，但在較高電流80mA下差距接近，且反應時間較快。本研究亦發現碳氈經高溫加熱後，再浸泡於強氧化性酸中會有效提升電池系統效能。

隨科技演進，大多數天然災害我們已有能力做到預報的工作，而少數尚未有準確預報系統的自然災害，地震－－即名列其中。故對於震災，熟稔預防工作、設計抗震、耐 震建築顯為首要之務。本研究透過水平搖晃槽及垂直震動器模擬地震發生時之S、P波 並以造型棒、頂點珠模擬鋼骨結構受震。觀測各異樓層、底面、抗震裝置下其搖晃程 度及破壞位置等，並探討：(一)建築物破壞點和抗震力關係、(二)建築和地震來向關 係、(三)梁柱、結構對稱性對耐震程度關係、(四)制震裝置等之功效。

食品快篩廣泛運用在生活當中，而受到這種機制的發想，本實驗想運用阻抗頻譜推估酵母菌的未知濃度，讓民眾了解自己平日所攝取的物質是否有過量而影響身體健康。本實驗利用網版印刷做出四種不同規格的銀膠晶片感應溶液的阻抗及導電率，用LCR掌上型電錶測量不同濃度的強電解質NaCl（食鹽水）確認晶片能有效的使用，再測量弱電解質醋酸的平衡常數，最後擴大至大分子味精及生物酵母菌，成功得到生物溶液酵母菌的阻抗頻譜和檢量線，如指叉數目為8、指叉間隔為0.1mm的指叉電極，其對酵母菌溶液的檢量線R2值為0.9958，靈敏度為3.08x10-6 ± 1x10-8，在98%信心區間下之偵測極限為0.0125 (顆/1mm2)，為生物快篩檢測提供了新的可能。