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工程學

當蠶寶寶遇上碳量子點:探索環境友善螢光蠶絲之特性及應用

本研究透過一步煅燒法,成功將天然檸檬酸及尿素,製備成環境友善之碳量子點(CQD,尺寸約 2.7 nm),其有良好水相分散性與窄半高寬之藍色螢光。接著,將塗 CQD 的桑葉餵養五齡蠶,直到吐絲生成 CQD 螢光蠶絲(CQD-S),並觀察到蠶寶寶茁壯成長、結繭、成蛾、產卵,證明了 CQD 優異之生物相容性。螢光光譜證實,隨著餵食 CQD 濃度增加,螢光將從原本的藍光(435 奈米)紅位移至綠光(548 奈米);原因在於,其表面含氧官能基(C-O/C=O)降低(XPS- C1S 證實),導致由較微弱藍光轉成綠光蠶絲。SEM 顯示,CQD-S 的直徑和表面粗糙度有顯著差異。FTIR 和拉曼光譜證明 CQD 餵食,導致蠶絲的 β-折疊結構發生變化。藉由 CQD 與細胞膜之間的靜電吸附,可以在 10 分鐘內標定大腸桿菌。照射 UV 光結果顯示,CQD-S 可於 10 分鐘內,吸附和光催化降解污染物 (R6G)。此 CQD-S 的研究符合永續發展目標,並兼具創新性與產業應用性。

Electrical Characterization of MoS2 Field-Effect Transistors at Cryogenic Temperatures

隨著矽基電晶體逐漸微縮,其元件效能將接近其物理極限,二硫化鉬 (MoS2) 等二維材料藉著其獨特的特性(如寬的能隙、高電流開關比及優異的載子遷移率等),可作爲矽的替代材料用於未來的電子科技應用。本研究旨在製造MoS₂ 的場效電晶體並研究元件之低溫特性。我們成功利用機械剝離法製備並轉移二維 MoS2薄膜至二氧化矽/矽基板上,並且製造MoS₂ 場效電晶體,並量測其室溫(300 K)至極低溫(~ 4 K)的電流特性,元件在此溫度範圍中具有優異的特性,能有效地調控電流調控,表現出良好的下閘極控制能力,同時具有低次臨界擺幅及高電流開關比(~ 106)。在極低的溫度(4 K)下,該電晶體仍能保持良好的運作,顯示出MoS₂應用於低功耗且高元件效能的低溫電子元件的潛力。

麥克納姆輪車直線 360 度全向控制與角度誤差之探討

近年來,作者觀察到餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。不僅如此,隨著AI的風潮,愈來愈多產業引進機器人補足人力的空缺。就輪式機器人而言,麥克納姆輪具相對優異的機動性和運動靈活性,但傳統麥克納姆輪的行進模式只侷限45度倍數的方向。針對此限制,本研究分析傳統麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式,再利用ESP32-S單晶片的WIFI驅動控制系統,實現並驗證 合力分析結果 接著,進一步 建立 麥克納姆輪的全向 360 度直線移動的數學式, 並且用 PWM 脈波調變,實現全向控制。此外,分析地面材質對車子移動的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質,針對誤差給出可能的校正方式以達更精密的控制。希望就本研究結果擴展未來的應用範圍及使用價值。

以農電共生方式提升台灣太陽能總發電量

台灣現行的「毀農式種電」政策犧牲農地以增進太陽能發電,導致農業用地縮減、農民收入減少,能源需求與農業發展間產生衝突。我們參考日本成功的農電共生模式,提出一種可滑動的太陽能發電系統,利用Arduino控制太陽能板的開合,兼顧農地種植與發電效能。此系統結合植物光合作用原理,特別適合種植半日照作物或具有光合午休特性的植物。當植物進行光合午休時,太陽能板滑動展開以提高發電量;在強光高溫時段,太陽能板則可遮蔽陽光,避免植物葉片受損。此方案不僅能恢復「毀農式種電」土地的種植功能,也讓農民獲得穩定收入,實現農業與綠能發展的平衡。這套模型提供具體且可行的解決方案,期望在提升台灣總發電量的同時,達成淨零減碳目標,並促進農業的永續發展。

鈦錳啦!藍「解」「除」橘!──探討MnO2及TiO2對亞甲藍及甲基橙的去除效果

本研究利用合成不同形狀TiO2/MnO2/ZnO,藉由改變接觸面積進而提升染料去除率。在初實驗中將9 種金屬氧化物與甲基橙/亞甲藍/甲基紫反應,發現TiO2-甲基橙與MnO2-亞甲藍之組合有較好的去除能力。在改變反應溫度的實驗中,TiO2-甲基橙之去除率隨著溫度上升而降低,當中以25℃ 海膽形表現最佳,而在MnO2-亞甲藍的反應中,則以海膽形在25℃時表現最佳。最後改變染料溶液的pH 值,發現TiO2 海膽形在pH5.7 時表現較佳,MnO2 則是在低pH 時有較高的去除率,推測該結果與顆粒零電荷點及染料pKa 值相關。透過BET 與PL分析,TiO2 海膽形及MnO2 海膽形有較佳的比表面積與氧化能力,故整體去除效果最佳。此外本實驗亦利用LC-MS 驗證反應的確成功分解染料,且利用模式生物試驗證實處理後之溶液對生物毒性明顯降低。

聲子晶體結合共振腔與其聲音放大效果之研究

本研究以 zig-zag path 管道自製、設計聲子晶體,並結合空腔(cavity)形成類似電路學的 RLC 共振結構,透過 COMSOL 軟體模擬出其理論之特徵頻率,使空腔中心聲壓達到穩定的放大效果。利用無響室的環境進行實驗,藉由放大電路將聲壓轉為電訊號並以聲源頻率、裝置距離和空腔尺寸作為變因,發現我們自製的聲子晶體可成功將電壓放大約 2.6 倍。此種聲子晶體具有體積小、構造簡單、可擴充為多晶體結構等特性,在未來可結合壓電材料,將其製成兼具發電與降噪功能之環保裝置。

深度學習預測仿生複合材料的斷裂行為

本實驗主要透過程式模擬及數據分析,探討受力材料之裂紋走向。透過模擬,我們找出會影響裂紋發展的因素,如原斷裂紋的長寬比。於不同的的材料會影響裂紋走向,我們將材料設置為單一材料與兩種材料組成的複合材料進行探討,並將結果進行分類。此實驗有助不我們去理解同的初始裂紋對不材料後續的裂紋關係,目前也正在嘗試利用cGan系統預測複合材料與裂紋的關係,希望能預測出準確的結果。

影像辨識 在 智慧運輸系統 的應用 自動跟隨

本研究旨在開發一款能自動跟隨人的AI智慧運輸車,應用在 醫院、商場等環境,能減輕工作人員的負擔。本系統融合YOLOv8影像辨識技術和物聯網,使運輸車具備跟隨人體的能力。該系統通過物聯網,將車上攝影機接收的影像傳送至電腦,進行即時運算,不必在車上配備高階的微型電腦或GPU以降低成本。使用YOLOv8模型辨識人體與手勢,以arduino ESP32開發板作為主控單元控制減速馬達,使運輸車能自動跟隨人員。本研究不像傳統自動導引車(AGV),因為依賴固定路徑,而無法用在多變的場景,且不適合與人協同工作。將本系統應用於醫療院所或零售業商場等 ,經常出現 變障礙物的場所時,能與人員配合執行任務,例如當作病人的點滴架、輔助護理師工作的醫務車,以及賣場中協助工作人員上貨的籠車,能有效降低勞力負擔。

運用LSTM深度學習技術調整PID控制於倒單擺應用之探討

本研究以深度學習 RNN(Recurrent Neural Network)演算法中的 LSTM(Long Short Term memory)改善 PID,利用其時間序列的保留資料方法,預測 PID 參數值,使控制器得以精確且快速的調整非線性系統。此研究從 peak amplitude 及transient time,以及倒單擺振幅的圖表收斂情形等層面去做探討。當單擺質量大於下方 pendulum cart 的質量時,傳統的 PID 控制方法無法精準的調整系統,而LSTM 深度學習模型能夠產生較佳且較顯著的效果。且KP 數值在倒單擺系統中, 小於 1 無法收斂,KP 數值越小時,圖形越趨發散。此訓練之 LSTM 深度學習模型可以應用於非線性系統中,以增加其穩定性,並能夠更快速的為系統找到適合 的 PID 參數值。

Feasible fabrication of chitosan capped mesoporous silica nanoparticles as a smart mucoadhesive drug delivery platform for dexamethasone

中孔二氧化矽納米顆粒(MSN)由於其高孔隙率而適合成為藥物載體,可增加ul藥物的負載量。幾丁聚糖是一種帶正電的聚合物,用於修飾MSN表面,以達到強力的靜電吸附力,並進一步提高藥物負載能力,以及可持續併緩慢藥物釋放的控制。 MCM-41和 MCM-48型的MSN,通過 CTAB界面活性劑為模版,以溶膠-凝膠法制備。SBA-15型的MSN由 P123為模版製備。MCM-41 通過戊二醛的交聯進一步被幾丁聚糖包覆 (MCM-41-CHIT)。 利用 X 射線繞射儀驗證了所有載體皆是中孔洞的六方密堆積晶體結構。利用傅里葉變換紅外光譜,鑒定了烷基、胺基、和二氧化矽官能團,證實了表面的幾丁聚糖。 MCM-41-CHIT 的地塞米松載藥量為53.7%。MCM-41有突發釋放的現象,在 兩天內釋放出 80%。另一方面,MCM-41-CHIT中的藥物釋放,表現出恆定的釋放,五天後僅釋放出19.7%。 這項研究確定了MCM-41-CHIT 是可應用在粘膜吸附藥物遞送系統,可做為好的候選藥物載體。