工程學

本研究首先設計一5公斤級之聚甲基丙烯酸甲酯—氣態氧混合式火箭引擎，搭載軸向注入器(axial injector)進行水平推力測試，控制氧化劑流量，改變燃燒時間，量測氧化劑截面通量與燃料耗蝕率，探討其燃燒特性、推力、比衝值與各項引擎參數，並評估該引擎作為混合式火箭推進系統之可行性。引擎成功研製後，本研究設計兩種渦漩注入器(swirling injector)，幾何渦漩係數(SNg)分別為3、5，將推力目標提升至10公斤，並進行地面推力測試，探討幾何渦漩係數改變對於混合式火箭混和效率與引擎表現之影響。經實驗後證實渦漩注入器能有效提高引擎推力，且引擎推力及燃料耗蝕率會隨幾何渦漩係數提高而上升。未來希望能以本引擎為基礎，將推進系統放大後，將其裝載於小型火箭之上，進行探空及技術驗證之任務。

人們每天依靠著車輛往來各地，在帶來各種便利的同時，卻也伴隨著各種安全隱憂。本研究想要預防因駕駛轉向過於劇烈所導致的車輛翻覆行為，因此設計自動控制系統以避免車輛因轉向過於劇烈所導致的車輛翻覆行為。本研究利用車輛模型模擬轉向時車輛側向加速度的變化，根據模擬結果設計控制策略。控制目標為希望能降低車輛轉向時的側向加速度，進而避免翻車。控制策略分為門檻式控制策略與連續控制策略。控制系統輸入訊號為車輛側向加速度，而輸出訊號為車輛左右兩後輪馬達的扭矩訊號。控制系統只需要偵測車輛的側向加速度即可推得車輛轉向的時間點，並在車輛有較高可能翻覆時，根據控制策略予以車輛馬達扭矩輸出訊號的限制，避免轉向時側向加速度過高導致翻車。

旋葉之細部結構跟泵浦效率有密切的關連[1,2]，本研究專注探討不同幾何形狀旋葉構型之效應，我們先利用3D列印快速成形之技術優勢，做出50種不同的旋葉，分別有圓弧形、橢圓弧形及直立形進行實驗測試，並計算其總效率找出最高值的旋葉，編碼為A2-ea281-ia279-8。 將最高值旋葉，套入田口法進行優化，目標是望大。經過信噪比及均值分析後，發現影響總效率之最大參數是旋葉數，其次是出口角，最後是入口角，田口法中得出，重新設計的更細部參數的最佳旋葉是A2-ea28-ia23-8，同時利用機器學習建立迴歸函數模型，透過訓練的模型，預測出效率值，最後經過COMSOL Multiphysics軟體模擬檢測出A2-ea28-ia23-8依然保持最佳的內部流場狀況，並運用自行設計之簡易透明泵浦，進行測試與印證。

在2021年4月2日台鐵太魯閣號在清水隧道行駛到轉彎口與滑落邊坡的工程車碰撞，造成火車出軌，衝入隧道中擦撞到隧道壁，造成49人死亡和247人輕重傷!當我們看到這則新聞時，心裡充滿驚訝與心疼!為了改善這問題，我們開始討論和查資料，發現台鐵在107年12月有一個「邊坡全生命監測系統」計畫，運用AI影像辨識技術，台鐵的規格是95%以上準確率，但因為辨識準確度不夠高，所以延宕到現在仍未完成。 我們設計AI鐵道辨識異物入侵系統，藉由攝影機將鐵道周遭影像傳至台鐵行控中心，運用AI深度學習技術辨識入侵鐵道的異物，從而準確判斷，讓火車駕駛員能提前預警，達到保障人車安全的目的。本研究並建立一套科學系統的方法來訓練視覺辨識模型，從而提高準確率，目前最高的準確率是97%!

本作品自行開發組立氣體輔助彈性氣膜球實驗系統，並研製可調控之類複眼陣列結構母模具系列實驗設備，藉以複製出類昆蟲複眼之陣列微結構，同時複合石墨烯(graphene)並將其裝設於太陽能板上進行系統化實驗，探討類昆蟲複眼之陣列微結構對太陽能板發電效率之影響。實驗結果顯示，類複眼陣列透鏡結構，其單一特徵形狀愈小、密度愈高(週期愈小)，其發電效率愈佳，本實驗條件下，發電效率最高可提升達7.86%，此外，本研究在光捕捉上再為仿生類透鏡穿上自然界的類透明外衣複合石墨烯情況下，其發電效率更佳，透鏡面噴塗石墨烯複合薄層1μm厚度，發電效率短時間提升最佳為14.21%，但隨著光照時間的增加(24小時)後，發電效率提升最佳為12.45%，本研究同時增能探討調控菲涅爾透鏡(Fresnells)聚焦方式，並獲得經最佳聚焦位置的獲得，將有助於對太陽能板發電效率提升。

本研究利用水熱法合成 C-SnS2光觸媒，再藉由化學水浴沈澱法(CBP)將 Ag3PO4 奈米顆粒還原在 C-SnS2 表面，得到複合半導體 Ag3PO4@C-SnS2。接著再分別以 C-SnS2 和 Ag3PO4@C-SnS2 進行人工光合作用，將二氧化碳還原為可用能源，並探討兩者之差異。藉由電子顯微鏡、 X 光繞射儀、紫外-可見光光譜儀、傅立葉轉換紅外線光譜儀、 X 光光電子能譜儀和氣相層析儀，分析樣品的晶體結構、能隙、吸光範圍和二氧化碳還原反應的氣體產物。最後，我們發現複合物 Ag3PO4@C-SnS2 的光化學量子效率較純的 C-SnS2 高，也就是此複合物能有效的提升二氧化碳還原效率。

本研究實現一個真空中操作的小型磁浮軸承飛輪儲能系統，並探討其特性。為了延長能量保持時間、提高效率，我們分析了導致旋轉動能損失的因素。在自然減速測試中，於大氣環境操作的飛輪其阻力力矩隨轉速呈二次方增加；在真空環境中，阻力力矩隨著轉速的增加緩慢，約為線性關係。我們並發現馬達與發電機組導線中的渦電流損耗是真空中飛輪減速的主要因素。以多芯線圈取代單芯線圈後，待機時間延長為3 倍，自然減速至停止的時間在 8 小時以上，可以持續20分鐘供電1.3瓦。這項研究的結果可應用在電網中儲存能量的全尺寸飛輪。

本實驗利用竹片導熱性差的天然特性，將奈米金屬顆粒以高壓蒸氣及低壓吸入法嵌入竹片的維管束中，並將NaCl蒸煮滲入竹片組織，形成導電通道，以提升修飾後竹片的電導率。量測實驗發現以氯化鈉及銀奈米顆粒修飾後的竹片，電導率提升達11880倍，而熱導率僅提升10%，可成為常溫範圍熱電材料。NaCl在解離成Na＋與Cl－導電率可提升103倍。我們將修飾後的竹片，密封在含水蒸氣的電絕緣小盒中，製作成竹片熱電裝置。LED燈泡發光度實驗，當竹片兩端溫差為45度時，燈泡發光度提升40%，為一熱電流增益放大器。串聯竹片熱電裝置在普魯士藍二次電池充電線路中，以0.015 mA電流充電，發現當竹片兩端溫差為45度時，充電電流提升到0.025 mA，飽和充電時間從原本的12小時，縮短到7小時。

單晶矽被認為是製造太陽能電池的最佳材料，因為它在地球上儲量豐富且具有優異的光電性能，但其大量的應用受限於其成本和轉換效率。 單晶矽太陽能電池通常通過將單晶矽晶柱切割成350到450微米的切片來製造。現有的技術方法無法將其縮小到更小的規模，因此其發展面臨著開發複雜製造工藝和高單晶矽片生產成本的障礙。近來，在便宜玻璃基板上製備的薄膜太陽能電池成為重要的發展方向，可以減少矽層厚度來降低成本和材料消耗，同時可以有效減少載流子的複合，進一步能夠提高轉換效率。 本研究成功通過電漿輔助化學氣相沉積在玻璃基板上生長出非晶鍺薄膜，並利用雷射退火將非晶鍺薄膜轉化為多晶鍺薄膜，接著將進一步發展控制退火過程溫度的時間空間演化，以進一步做出高品質單晶鍺與矽薄膜，並應用在超薄膜太陽能電池上

本研究以機電整合，發明了【曳引機迴轉犁偵測系統】，將大型農業機械智能化，並優化及整合工程技術，設計了六大系統，藉由量化評工程效益及作物的產量變化，觀察設計成效。 根據文獻，水稻管理使用「灌溉系統」＋「雜草抑制蓆」＋「生物肥料」的機制，可以增加產量[1,2]。因此我們優化這些機制，並設計「精準深耕」、「智慧噴桿」、「滴灌系統」形成六大系統。利用自創的【曳引機迴轉犁偵測系統】，犁耕時就可以在每一寸土地上，精確控制土壤深度在25cm的「精準深耕」。我們也發現，在這六大系統的協同效應下，不僅省下3～12倍的作業時間，同時在加乘效果的作用下，產量可以大幅提高至79%。 本實驗花二年時間，在台中清水地區1.2公頃的農地，實際建構這六大系統。並使用無人機偵測飛行高度的3D立體影像感測器、Arduino微控制器、燒入自行設計的Arduino C程式，成功發明【曳引機迴轉犁偵測系統】，並裝在大型曳引機，用來偵測迴轉耕耘機翻鬆土壤的深度，同步將該數據立即顯示在駕駛室的儀表板。 目前全球六大品牌大型曳引機，造價超過新台幣400萬元，尚無一款具有本研究自創的迴轉犁自動偵測功能。