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化學科

天然碳材之炭化及修飾-極簡勁爆空氣電池之研究

竹子是臺灣最寶貴的綠能資產,從竹子的光合作用、竹筍、竹器具到加工整型後的廢料可做紙漿造紙外,我們發現,採集三~四年生的桂竹,自然風乾再經初級乾餾收集竹醋液(達290~330℃時餾出物最多),初級乾餾後的竹材,還可進行二級乾餾(至800℃)或三級乾餾(至1200℃)後,變成附加價值相當高的透氣電極! 本研究不僅證實這項說明且首創開發設計出「臺灣桂竹炭化」之二級或三級乾餾裝置,最後並成功的製造出「不須修飾任何昂貴觸媒的低電阻中空桂竹炭化電極」。 研究後發現,桂竹雙階段的乾餾裝置設計效能可製出高透氣供氧表層及電阻值變小的新碳極製法,而我們第二代、第三代金屬-空氣電池的創新容器設計,可完全配合採集桂竹口徑大小而製備出各種尺寸的空氣電池。

甲基磺酸銅的合成與先進封裝的電鍍應用

甲基磺酸銅比硫酸銅的溶解度更高,適合用於高速銅電鍍,並應用於3D IC的TSV和先進封裝的TIV銅電鍍。先進封裝除了TIV製程外,若想要同時電鍍不同尺寸的銅柱凸塊,並維持均勻性則是另一個挑戰。本研究改良甲基磺酸銅合成方法,並將其再結晶,得到高純度的甲基磺酸銅晶體。以合成的甲基磺酸銅為原料,配製成電鍍液,並探討不同直徑的銅柱凸塊沉積,達到高度差小於 2% 的均勻銅柱凸塊。

不是魔法!用紙中「膜」法創造風華絕「袋」— 以海藻酸鈉薄膜混合自製環保袋

海藻酸鈉水溶液和乳酸鈣水溶液混合後可形成具有韌性的膜狀物質,本研究嘗試利用此特性來製成可分解的類塑膠。首先我們嘗試於薄膜添加其他物質來加強其載重、耐受性,發現到若是在海藻酸鈉溶液中混入紙漿,即能有效增加其載重能力。而後檢核自製薄膜若是承裝不同物質時是否影響其性質,本研究發現鹼性物質會造成自製薄膜結構弱化,以致載重能力變差;溫度對於薄膜載重能力無顯著影響;而接觸油脂類物品,隨著接觸的油量越多薄膜亦呈現弱化的趨勢。考量到此薄膜要能自動分解,我們最終探討薄膜在土壤中的分解速度以及不同環境下的分解速度,相較於塑膠袋,自製薄膜在埋入土壤5天後多能看見部分結構分解情形,且若環境趨向鹼性,分解效率將會越佳。

「葉」「銅」學來殺菌

本研究利用葉綠素卟啉環內的鎂離子置換成銅離子來處理硫酸銅廢液,鎂銅離子的置換目前均使用萃取法,本研究透過實驗確認可以使用葉片的原型來置換,大大減少了廢液處理手續。除了具有表皮蠟質的葉片置換速度較慢,其他葉片結構皆不影響。透過比色法計算出移除率,加上硫化鈉檢驗,確認此方式可以完全去除銅離子。檢測置換後的葉片在土壤中與不同pH值的水中,銅離子皆不會再度釋出。 藍綠菌是有葉綠素的微生物,實驗發現藍綠菌鎂銅離子的置換速度優於陸生植物,間隔三天在優養化水域倒入0.05%硫酸銅溶液,15天後水域濁度下降到4NTU以下,水生動植物則不受影響。利用葉綠素鎂銅離子的置換可以處理硫酸銅廢液,還能去除藍綠菌,可以說是一舉兩得。

呷二氧化碳ㄟ電池

本研究探討二氧化碳可以取代氧氣,當作空氣電池運作的氣體,並透過碳粉改質增加吸附二氧化碳的效果,提高發電效能,以研發鋁/二氧化碳電池。設計封裝灌氣的電池盒,測試在不同氣體環境中的發電效能;以蛋塔型電池比較不同碳粉的發電效能與其二氧化碳吸附力的關係;用微波膨脹脫層法和植物色素、化學吸附劑進行碳粉改質。研究發現在少量氧氣時,CO2可以做為空氣電池運作的氣體;備長炭、活性碳適用以化學吸附劑改質,石墨導電性佳,微波脫層後吸附CO2效果和導電性都更加提升,是做電池的好材料。最後研發平板型抽取式鋁/ CO2電池盒,在持續提供二氧化碳下,可驅動小型馬達,且能讓LED燈發亮達12小時。二氧化碳電池可同時將二氧化碳吸附與發電。

見『微』知『塑』

本研究首次大規模作中部地區海水、海砂(土)、牡蠣及文蛤微塑膠定量及定性研究,探討變因、自製可普及化的螢光顯微鏡實驗設備及找出日常可去除微塑膠的方法。 以自製設備搭配解剖顯微鏡取代螢光顯微鏡,作為微塑膠螢光染色檢測。以FTIR檢測中部地區微塑膠種類以PE及Nylon為主。海水微塑膠含量變因為海流及風;地區因地形阻隔及人類活動影響微塑膠含量。海砂(土)微塑膠含量跟海水沉積、人類活動及土壤吸附力有關。牡蠣中微塑膠變化和其生長趨勢及海水微塑膠含量成正相關。文蛤微塑膠含量和養殖池養殖方法有關。 文蛤以鹽水吐砂可減少微塑膠;用餐時將油層撈除可去除微塑膠。針對海水上層撈除及在溪流製造泡泡牆產生向上水流,皆可讓微塑膠引導去除。

從番石榴葉片汁液探索生活中的氧化作用

我們知道水和氧氣會對鐵產生氧化作用,所以我們用了許多水溶液來進行實驗對鋼棉球的氧化作用。如:番石榴葉汁、礦泉水、果汁、蔬菜汁、汽水……等。 從實驗中,發現礦泉水的氧化作用最差,紅色水上升最少,尤其是純水;生活中蔬果、飲料中,以蒜仁、薑、茶B、茶C效果最佳,一般蔬果汁類抗氧化效果比較差。 現打果汁的氧化效果最好,在我們的實驗中,浸泡過檸檬汁的鋼棉球紅色水上升高度最高,表示檸檬汁的氧化效果較好。 我們知道維他命C、E的抗氧化效果佳,所以在一般飲料汽水中的抗氧化效果佳。

「泥」給我「電電」!-製作及改善二次水泥電池

「水泥電池」為一個以水泥為底的電池,想法是將水泥轉化為巨大的儲能裝置,而在2021年,首次有研究團隊將此概念擴展到了二次電池,此研究正是水泥電池的開路先鋒。而我們在這次的研究中,針對水泥基的電阻進行最佳化,發現水泥中電解液配方為在38公克的蒸餾水中加入0.5公克的CMC,3公克的矽酸鈉以及13.1公克的氫氧化鉀為最佳,能使水泥從原先16000歐姆的電阻降至514歐姆,降低96.8%。而我們也以自製的導電碳板代替碳纖維,製成了鐵及鎳電極,二次水泥電池首次充放電在8小時間功率有544微瓦特,第二次充放電有373微瓦特,只損失了31.4%。未來我們希望能繼續測試及解決電池的效能以及增加電池的能量密度。

"毒"家報導

本研究主要針對加工食品中的二氧化硫做相關探討,包括抽測市售加工食品、探討冰溫熱三種水溫對二氧化硫之溶出效果、找出浸泡水量和時間對降低二氧化硫含量的影響、探討加工食品烹調方式對二氧化硫含量的影響,最後選擇多種日常生活常見液體做為浸泡溶液,透過實驗了解其降低二氧化硫的能力。

「氮」是又何「萘」

本研究中,我們先做出了二氧化氮的檢量線,用以對照其他變因下的實驗數據,再分別研究碳化與否、顆粒大小、修飾上不同官能基及靜置時間長短對吸附效果的影響。 經實驗結果可知試劑之吸收度在通入10 mL以下的二氧化氮時皆保持穩定的線性成長,並且可以知道碳化後咖啡渣的吸附效果較未碳化者佳;而顆粒越小者及總重量越重者之吸附能力也較好;吸附量也會隨著靜置時間的增長而增加。經過酸鹼修飾後,無碳化咖啡渣可以吸附更多二氧化氮,而碳化者吸附效果反而較差。 未來可以將咖啡渣修飾其他不同的官能基、加熱探討是否有更好的效果,也能深入研究咖啡渣吸附二氧化氮的應用,例如將使用過的咖啡渣作為吸收汽機車排氣管所產生二氧化氮的裝置。