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15 筆結果
新世代電力系統朝向以再生能源為基礎的分散式發電系統(Distributed generati on system)發展,採用多個小規模但鄰近用電端的再生能源設施發電,其輸出電 力可直接供應當地電力需求,藉以降低輸配線路損失提升供電效率;但分散式發 電的再生能源為間歇性能源(Intermittent energy),無法像傳統發電機組隨意控 制發電量,若大量的再生能源發電併入電網,則容易因間歇性及瞬間變化過大, 而影響區域電網供電品質與運轉穩定性,因此區域電網管理及微電網(Microgrid) 的發展因應而生。 微電網為單一的可控系統,可透過區域內的小型發電單元為當地負載提供電力, 因此能將其視作小型化的電力系統,其組成會包含分散式再生能源、小型的傳統 發電單元、儲能系統(Energy storage systems, ESS)、交流負載與微電網的控制 系統,並通過靜態開關(Static switch)與主電網連接。正常運行下微電網會與主電 網連結,並調度電力注入主電網以維持電網穩定,但當主電網發生異常時,微電 網可藉由靜態開關切離主電網,此時將由微電網中的發電單元及儲能系統,供應 區域內負載所需的電力,使整體電力系統更加可靠。 本研究所開發之30 kVA具電網形成技術之儲能換流器系統,結合了監控系統及換 流器電路。其監控系統可命令換流器執行自動頻率控制輔助服務、太陽能平滑化 或契約容量控制服務等功能,當換流器與電網連接運轉時,換流器會依監控系統 之控制命令,提供或吸收實/虛功率;當換流器與電網切離時,則形成獨立電壓源 供電給區域內之負載。本研究之電路拓撲使用三相三階中性點箝位(Neutral-poin t clamped, NPC)換流器架構,利用多階換流器之特性,具有較低的輸出諧波失 真,且開關元件電壓應力僅需承受一半的輸入直流鏈電壓,因此切換損失較低, 並使用寬能隙半導體-碳化矽之功率開關,利用該元件在臨界電場、電子飽和速 度、熱傳導及單位面積下之導通電阻皆優於傳統矽基半導體之特性的條件下,能 提高整體換流器操作頻率進而提升功率密度以及電能轉換效率。
未來科技館 | 綠能與環境全球「三碳」壓力襲來,世界各國從政策制定、產業技術革新、人才培育的面向 上,都迎來快速變動的減碳競逐。預計到2030年時,合理碳定價還會攀升至每噸 160美元,約是目前成本的2-4倍以上。同年7月,歐盟也提出「碳邊境調整機 制」(CBAM),我國經濟部預估將帶來新台幣245億元的衝擊。 (1)鋼鐵廠為世界各國排碳大戶,「高爐」是減碳競逐中重點項目 根據非政府組織Global Energy Monitor調查,全球鋼鐵業一年約產生30億噸碳 排放,佔全球CO2排放量9%。其中鋼鐵業大約有70%的CO2排放來源自「高爐 煉鐵」。高爐煉鐵的CO2排量約佔我國總碳排的7.6%,是我國淨零碳排的重點項 目之一。 (2)世界標竿鋼廠邁向淨零碳排的必經途徑:「富氫高爐」 “以氫代碳”,氫冶金定義是基於碳冶金的概念所提出:運用氫取代碳,作為燃 料和還原劑冶煉鐵,還原產物為水(Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O)。氫冶金能從 源頭降低CO2排放。因此利用氫氣作為還原氣氛的「富氫高爐」,成為目前標竿 國家發展戰略的主流技術路線,是邁向淨零碳排的必經之路。 (3)打開「高爐黑盒」:富氫高爐數位孿生系統 高爐是工業界典型的黑盒,原理雖簡單,把鐵礦石和焦炭扔到封閉的高爐中加 熱,就能得到鐵水。但在實際生產操作中,爐內的高溫高壓幾乎是工業生產中最 惡劣的環境之一,這個最不缺光和熱的地方,卻是最難以監測的黑盒子。如今 “以氫代碳”帶來「高爐黑盒」百年工藝更新,面臨問題包括去碳用氫導致爐內 熱失衡、氫基還原劑使用以致爐料適配性差、還原行為改變以致爐況不穩等,國 際上至今仍無商轉富氫高爐之案例及解套對策。本技術以數位孿生概念出發,整 合先進高爐智能監測與先進模擬技術輔助富氫高爐技術開發,加速綠色鋼鐵產業 鏈發展。 本技術由兩項子技術構成:(a)「高爐熱力學計算軟體」能夠依據高爐監測獲得之 數據(如:燃料率、鼓風成份、鼓風溫度等),實時計算出各個爐部位置之熱力學 平衡狀況(如:溫度、壓力、氣氛分佈),透過跌代解析氣體濃度-溫度-壓力 複雜熱力學平衡關係,將熱力學條件轉譯為“真實高爐操作條件”,是打開高爐 黑盒之關鍵技術;(b)「可視化還原動力學模型」則是將所得之“真實高爐操作條 件”作為輸入條件,利用反應動力學模型,預測鐵礦於高爐內的複雜反應情況, 實現具有實時預測能力之富氫高爐數位孿生技術。
未來科技館 | 綠能與環境面對全球之氣候變遷,以及全球提倡「2050淨零碳排」的趨勢,綠色永續清淨能 源的開發迫在眉睫。本團隊所開發之全紙基環境吸濕產電電池,整體設計概念啟 發自大樹運作之水循環系統,我們藉此開發出這種新型態「自運作」電動能源產 生裝置,其係利用親水紙纖維基材、具豐富官能基之二維導電材料、及具儲水能 力的先進材料-有機金屬框架(MOF)組成,係利用儲水型有機金屬框架於薄膜一端 自運作吸收空氣中的濕氣,並通過毛細壓力與蒸發現象驅動溶液中水分子及離子 移動,進而產生電動力效應(Electrokinetic effect),從而實現穩定、高效且長效 輸出直流電壓、電流之清淨能源。進一步說明,此所研發之多層薄膜材料具有極 佳之親水性、導電性與大氣吸濕能力,整體薄膜亦具有高度可撓性,可確保在不 同彎曲摺疊角度下,薄膜發電效能不變。而在發電過程中,僅需將薄膜置放於環 境濕度空氣環境中,即可瞬間產生高效且長效之電力,舉例而言,在環境溫度與 濕度條件(25±2 °C、RH 60±5%)下,單片約0.05克之發電薄膜可實現高電壓(> 0.55 V)、高電流(53 μA)、且超長效時間輸出(> 12天)之驚人表現,且此系統於 各種角度摺疊狀態下,皆不會降低相關輸出效能,深具未來科技之發展潛力,總 結而言,單片全紙基環境吸濕產電電池之最高輸出能量密度為約 10 μW /cm2。 為驗證發電應用之可行性,我們僅串聯四片薄膜即可驅動商用計算機;串聯八片 可驅動LED燈;並連兩組串聯八片之薄膜即可驅動手錶。這項研究創新發明可謂 新世代永續能源之嶄新未來「黑科技」,將會對「臺灣2050淨零排放路徑」做出 貢獻。
未來科技館 | 綠能與環境/材料化工與奈米碳排已對環境造成深遠影響,IPPC第六次報告中提出全球2050年須達到淨零排, 2022年政府宣布2040年提前達到農業淨零碳排,建立低碳農糧生產模式為一明 確減碳政策,目標為降低50%溫室氣體排放。農業溫室氣體中油電燃料佔48%, 稻作佔10%。榖粒成熟後須烘乾至穀粒含水量15%以下保存,故於田間採收時穀粒含水量關係著燃油烘乾的能源費用與碳排量,並影響稻穀收購價與米質,故精準評估穀粒含水量為重要議題。臺灣水稻採收雖已機械化,但耕地零散且農民年紀偏高,目前檢測設備昂貴且需耗時數日,難擁有低成本便攜檢測設備,無法科學化有效率監測穀粒含水量。成熟期稻田經陽光曝曬每日約降0.6%穀粒含水量,但農民習慣搶收,導致穀粒含水量高與米粒完整性低。而且,大多收穫機具就近採收鄰田,導致稻米成熟程度不一,急需快速、便宜、簡便、大範圍、高頻率檢測使用之穀粒含水量檢測技術。「導入AIoT 的減碳水稻收穫模式」基於表型體特徵以非破壞檢測評估穀粒含水量,複合植生指標與色彩空間轉換強化葉綠素與水份特徵變化,利用隨機森林、支持向量機、多層感知機建立模型,以卷積神經網路U2-Net實踐影像去背機制(FPS達30),大幅提升效率。模型效能R2=0.98,穀粒含水量絕對平均誤差<1.5%,實踐行動裝置之快速(5秒內檢測完成)、便宜(幾近無使用成本)與簡便(3克)大範圍高頻率使用之含水量檢測技術。以霧峰農會109年為例,平均收穫穀粒含水量為31%,若能減少5 %收穫穀粒含水量,將提升每公頃2000元穀粒售價。採收後濕穀以燃燒燃料烘乾,10噸濕榖烘乾約30小時,乾減率設為0.5 %/hr,烘乾時間減少10小時,減碳效益達33%。若於全臺27萬公頃,將有5.4億稻穀潛在增值與減少5.9億燃油費(以柴油燃料為例)。本技術已發表於重要國際期刊,國際合作導入落地於巴紐等開發中國家,發明專利申請中。 根據環保署2022年公告之柴油每公升排放3.3 kg的CO2,每公頃稻田減碳潛力為 28 kgCO2e,在本技術研發之即時碳權評估系統能視覺化即時減碳效益。臺灣20 23年將設立碳交易制度與平台,本技術能量化與增進稻田碳匯效益。放眼全國水稻約150萬公噸,烘乾過程能減少726萬公噸CO2,潛在減碳相當於近190 座大安森林公園。本技術正於碳匯認證建立,已完成方法學階段,以降低水稻加 工過程碳排,貢獻環境永續與淨零碳排。
未來科技館 | 綠能與環境鑑於全球淨零排放浪潮與歐盟碳邊境調整機制趨勢,攸關台灣產業國際競爭力之 經濟課題。我國於2022年3月正式公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說 明」,提供至2050年淨零之軌跡與行動路徑,以促進關鍵領域之技術、研究與創 新,引導產業綠色轉型。 因此,本技術即為因應全球淨零排放之永續創新性、減 碳關鍵技術。過去去除重金屬技術主要有:化學混凝、離子交換樹脂法、吸附法、流體化床異質結晶及電解回收法等技術。目前主要還是以化學混凝為主,此程序是藉由加入鹼液調整適當的pH值,與重金屬離子反應形成固體析出溶液,並配合添加高分子絮凝劑,以共沉澱的機制來達到除重金屬的目的。化學混凝沉澱雖具有操作簡單且除重金屬效果佳,但在除重金屬過程中需要添加大量的藥劑,產生的固體廢棄 物含水率高,固體純度低,後續處理所需費用高。同樣地,離子交換樹脂法與吸附法最後都還是有處理濃縮廢液及吸附材的問題,即使使用電解回收法則無法處理低濃度及大量重金屬廢水。流體化床結晶技術應用於處理含重金屬廢水,可以解決處理大量含重金屬廢水及產生高含水率廢棄污泥之問題,但是傳統上,流體化床技術仍以添加擔體之流體化床異質結晶技術用於處理金屬離子,所添加擔體(屬於異質成核的程序),如矽砂、磚粉做為晶種,此種異質結晶技術雖可降低成核驅動力,但是卻生成非均質成份之結晶顆粒,晶核與殼(結晶物)之元素成分迥異,使得產生的固體物含有大 量異相成分,降低結晶產物之純度,也對流體化床技術生成之產物的回收再利用之美意造成阻礙。因此,本研究團隊以均質成核之流體化床結晶技術,以控制操作流程使晶核自生於流體化床中,並藉由自生之晶核逐漸長大結晶,形成均質單純成分之結晶物,有效去除廢水中重金屬與無機鹽類,落實流體化床結晶技術兼具污染物去除與回 收再利用之處理優勢。本技術主體為一個流體化床反應器,垂直向上整合各單元 在單一裝置,使用土地面積僅為前述傳統程序三分之一,因為使用均相結晶的方 式去除水中之重金屬離子,且所獲得之結晶物含水率僅有5%,即使是當做廢棄處 理也可以節省60% 左右之污泥處理費用,但是因為本技術是以均相成核結晶技術 獲得之結晶物純度高,所以可以回收再利用。此外,設備建造費只有傳統程序之 三分之一,可節省土地使用,若以減少碳排的角度來看,結晶法脫水效率比起傳 統化學沉澱法所產生之污泥,每噸減少近300公斤二氧化碳排放。
未來科技館 | 綠能與環境高值化智能環境友善肉品即時鮮度指示系統製備技術 肉品儲運過程因無法有效即時監控肉品鮮度造成全球2仟億美元/年損失。飼養過程畜產其溫室氣體排放佔全球排放量18%。因此,如何即時有效監控肉品在儲運過程之鮮度以減少肉品損耗,除有經濟效益外,亦對淨零碳排莫大助益。生鮮畜禽肉因微生物造成脂質氧化酸敗並滋生沙門氏菌屬等,傳統肉品質監控,除需採樣後送實驗室分析肉品化學/微生物性質,耗費七日以上。pH值為肉品品質重要指標,並與肉品鮮度有相關性。肉品pH值測定包括pH計插入肉品測量及比色法。其中進階版比色法使用色差儀或UV-Vis光譜儀,雖較傳統分析方法快速,惟需有專業人員操作外,其pH解析度僅達個位數,未能達肉品鮮度所需辨識至小數第一位。本研究以果皮廢棄物(百香果\檸檬\樹葡萄\火龍果)萃取酚類化合物及漁業廢棄物蝦蟹殼衍生之幾丁聚醣研製智能肉品即時鮮度指示劑,並搭配人工智慧技術即時辨識肉品pH微觀變化。研究顯示智能鮮度指示劑將依據肉品pH值而變化其成色。人工智慧Autoencoder因可以學習非線性變換,可將不同pH成色數據資料呈現分群現象,其pH值辨識解析度達小數第一位。因此高值化智能環境友善肉品即時鮮度指示劑搭配人工智慧技術相較於傳統UV-Vis辨識分析技術具有即時、精準、便利、低成本、高解析度等優點,並配合農漁業廢棄物高值化,達到循環經濟目的。高值化智能環境友善肉品即時鮮度指示劑功能及效益:全球水果加工後之果皮殘渣需丟棄部分高達20– 50%(13,251萬公噸/年),水果殘渣廢棄物富含酚類化合物具有pH成色變化、抗氧化和抗菌能力,若添加食物包裝材如薄膜,除可延長食品保鮮期及特性,酚類化合物(花青素)在不同pH值環境下會展現不同顏色。由於pH值為評估肉品變質重要指標,若智能食品包裝材加入水果殘渣萃取之花青素等,除可增強抗菌能力外,並可依據顏色變化即時監控生鮮肉品品質及是否劣化。因此本研究為全球首創以漁業廢棄物蝦蟹殼衍生之幾丁聚醣及農業水果殘渣廢棄物(檸檬、百香果、紅龍果、樹葡萄產量近14萬公噸/年)萃取其果皮之酚類化合物,開發肉品智能即時鮮度指示劑(薄膜),可加值1.4佰萬公噸/年水果殘渣廢棄物、且因即時監控肉品鮮度減少2,180億美元/年肉品耗損,進而減少畜產飼養過程溫室氣體排放約1,629佰萬公噸/年,並提升食品安全、加速農漁業廢棄物高值化,符合淨零碳排永續環境目標。
未來科技館 | 綠能與環境氫氣為各國綠色能源發展規劃中最重要的乾淨能源載體,具有高能量密度,能以 燃料電池發電,同時又可被儲存及運輸。電化學水分解則被廣泛看好作為一種可 行的工業產氫技術,能夠高效轉化水產出高純度的氫氣。電解水反應可分為陰極 端的產氫反應(HER)和陽極端的產氧反應(OER),兩者皆須要一定的過電位(overp otential)才能克服潛在的高能障進行反應。工業上常用的HER電極材料為貴金屬 中的鉑(Pt),而OER電極常用的材料為貴金屬氧化物,例如二氧化銥(IrO2)和二氧 化釕(RuO2)等。由於貴金屬在地表中的儲量有限且價格昂貴,使得它們難以支持 須大規模、低成本運作的工業產氫應用。因此,研發高效、長壽命且非貴金屬(非 鉑)之雙功能(同時適用於產氫和產氧)電化學觸媒成為一重要的研究主題。在眾多 材料中,過渡金屬磷化物展現出優異的電催化表現和接近金屬的特性。其中,具 有出色電解水產氫性能的Ni/Co雙金屬磷化物受到廣泛關注。此外,在設計電化 學觸媒的結構形貌上,金屬有機骨架(metal-organic frameworks (MOFs))可由 過渡金屬和有機配體(linker)所組成,具有高比表面積、高機械強度、可控活性位 點、以及多尺度孔徑結構等特點,在電催化觸媒應用上具備高度潛力。利用MOF 所衍生的過渡金屬磷化物多孔結構,可透過形貌控制提升其電催化性能。此外, 鎳網(nickel foam (NF))為一種三維大孔材料,具備高機械強度、韌性與高電導 性,適合作為電催化觸媒之生長基材。綜上所述,本技術利用原位生長法將Ni/C o雙金屬MOF生長在NF上,然後進行磷化處理,製備出具有產氫和產氧雙功能的 高效全水分解電催化觸媒電極。此技術不僅成本低,亦能改善電極與電解液之間 的電子傳輸效率,並同時提高電極在水分解氣泡產生時所須維持的機械強度。經 過磷化處理的NiCo/NF電極在鹼性電解環境中,分別只需1.57、1.74、1.86和1. 94 V的驅動電壓就能實現10、100、500和1000 mA/cm2的電流密度。在2.5 V 操作電壓下,氫氣產率為75.9 mL/min,每立方公尺氫氣產量所需的能耗為5.49 kWh/Nm3,並且能維持至少72小時的產氣穩定性。本技術所開發之雙功能非鉑 全水分解電催化觸媒極具工業應用潛力,本團隊亦已建立大面積鹼性膜電解產氫
未來科技館 | 綠能與環境本技術之軟性可透光有機太陽電池模組(簡稱OPV),主構層為高分子奈米結構層 和塑膠基板電極,具如紙般輕薄外形與可彎折性,以室溫空氣環境下使用無毒溶 劑之大面積溶液印刷或塗佈製程製造光電轉換主動層與電荷傳輸層,可使用低廉 工業常規之塗印機台甚或雷射印表機製備,利用製程參數調整奈米級厚度主動層 與載子傳輸層之結構,以控制光電特性行為。 目前國內外OPV研發主要在實驗室級高效率玻璃基板之不透光小面積元件與其溶 液旋鍍技術,材料耗費極大且元件壽命通常約數百小時,無法達到商用產業化要 求,本技術克服種種科學與工程困難與挑戰開發出將元件量化成大面積OPV模組 之Lab-to-Fab創新量產溶液印刷製程,做為產業化技術基礎。為求其成為具優勢 之新能源科技和整合於各種未來科技應用(如軟性電子、電子紙與電子皮膚等),本 技術突破習知OPV技術之發展限制(也是目前國際OPV發展中之瓶頸),同時具有 以下特點: (1)軟性(本獨特技術建立以軟性塑膠基板基礎之優化大面積OPV狹縫塗 佈印刷製程,且可適於工業級卷對卷軟性模組量產設備),(2)可透光性(設計與優 化可透光電極與模組內部異質接合奈米結構來調控透光度),(3)高穩定度(即提升 壽命達數年,透過模組內部與外部劣化機制與改善之研究,設計與開發適於軟性 OPV模組之高穩定封裝結構與低成本技術),最後本技術透過室內加速壽命測試與 戶外溫室場域測試驗證軟性可透光OPV模組之穩定度,其透光性、效能與穩定度之 權衡(trade-off)表現皆優於國際OPV模組文獻發表值或紀錄。 與傳統主流矽晶太陽電池技術相比, OPV之競爭優勢如下: (1)減碳節能: 在未來 全球淨零排放趨勢及實施碳稅機制策下,矽晶PV高耗能真空製程其能源回收期長 達兩年,碳排放量高達80 gCO2e/kWh,低碳低耗能溶液塗佈OPV其能源回收期 僅1或2個月以下,碳排放量亦僅3-15 gCO2e/kWh,未來有更降低之潛力。(2) 成本與應用場地之限制:矽晶PV厚重且需要支撐之結構組件,這些將超過其模組製 造成本,相較下軟性OPV之製造與安裝成本均很低,OPV易與人體結合,用於穿 戴攜帶收納,在BIPV方面,OPV更易於架設於大面積牆面與窗戶,OPV因可透 光,易於與農業用地和溫室應用整合,可突破矽晶PV用地受限於農業法規限制之 瓶頸。(3)易於量產與製造。
未來科技館 | 綠能與環境本計畫透過「基於電腦視覺的人機協作自動化焊接系統」的專案主題,發展降低 人力需求與碳排消耗的營建工法,實現智慧營建和凈零碳排兩大核心目標,帶動 未來建築產業的數位轉型。 本專案所要克服的產業困境有二,在推力上因缺工及少子化所帶來的產業升級需 求,以及在拉力上發展低碳排工法所能帶動的低碳經濟。前者著眼於減少人力消 耗的人機協作技術,後者則從較低碳排的半乾式預製鋼網牆工法切入。在兩者的 整合下,本研究進一步鎖定核心技術為「基於電腦視覺的人機協作自動化焊接系 統」,企圖透過電腦視覺將焊接過程中人工的操作與判釋需求降低,以更為直覺 性的人機協作流程控制機械手臂進行曲面鋼網牆的焊接工作流程。 在技術流程上,本研究的電腦視覺運用在骨架辨識與焊點查找兩個階段。(1)骨架 辨識階段主要是透過電腦視覺捕捉操作者的肢體動作,並進一步根據逆向動力學 轉譯成機械手臂的控制動作,使得操作者可以用直覺的肢體語言以免編程及非接 觸式的模式引導機械手臂到達指定的焊點位置。 (2)焊點查找階段則是在機械手臂焊槍進入到目標焊點位置附近時,透過電腦視覺 查找出精確的焊點位置,並透過適性演算的技術客製化出焊接的路徑,自動化的 完成複雜的曲面焊接。 本計畫所發展的技術預期可以應用於鋼網牆工法的鋼筋網格自動化焊接,改善過 往因勞力密集而成本高昂的焊接工法,進一步使半乾式的預製鋼網牆能成為營建 產業的新興工法,減少失事工法的使用進而降低營建過程中的碳排,達到低碳建 築的總體目標。除此之外,因電腦視覺的介入所帶來的直覺化、自動化、客製化 而具備有極高的產業衍生運用價值。包括運用在發展直覺型的人機協作機器人介 入到各項營建流程,進一步提升工地安全並創造基於智慧營建的數位轉型產業 鏈。
未來科技館 | 綠能與環境淨零碳排為現今世界一定要完成的目標,發展綠氫成為各國的趨勢,綠氫主要由 再生能源的電解水產生。未來產綠氫技術難點在如何達到高電流產氫及降低催化 劑的高成本,目前技術報導僅以達到10-500 (mA cm2)居多,且多使用貴金屬粉 體催化劑。我們開發的酸性氧化還原輔助沉積法,在水溶液與室溫條件下,僅需 要15分鐘的時間即可合成出低成本多元金屬氧化物薄膜,作為鹼性海水分解催化 劑。我們進一步實現"捲送製程 (roll-to-roll)",可以快速地在電極(包含氣體擴散 層)上大量沉積該催化劑,達到大量製造催化劑低成本的優點。這些薄膜催化劑具 有優異的附著力,可以克服高電流鹼性海水分解下催化劑因大量氣泡產生而剝落 的難題。且我們的催化劑具有優秀的抗鹼性海水腐蝕能力。長期而言,相較貴金 屬催化劑,我們的低成本催化劑對於達到淨零碳排更具有經濟效益。成本大幅降 低的情況下產出大量綠氫。在陰離子交換膜元件(anion-exchange membrane, AEM)實測已經超過720小時的高穩定操作,且在0.4 A/cm2 的海水中穩定至少超 過 5 小時。40°C,電流密度1000 (mA cm-2)下產氫效率達到 66 %,約為 4.5 k Wh/Nm3。另在攝氏80度則可以達到71 %,約為4.2 kWh/Nm3。此效能整體 優於歐洲商用機 (62.5% at 45°C),達到省電費的效果。目前最高電解量可達600 0 (mA cm-2)並持續穩定運作。
未來科技館 | 綠能與環境三維電子(3D Electronics)是次世代光電子產品發展的主流。同時,低碳製造為全球趨勢,因此需要能將高密度複雜線路與功能材料於三維基板上沉積與圖樣化的創新綠色製程技術。本團隊成功開發雷射耦合水溶液基底的多相反應流體快速析出成型的製程技術,包括以雷射精準選擇性地於自主開發的離子水溶液中還原沉積材料,以及耦合雷射與水霧大氣電漿的金屬氧化物透明導電薄膜(TransparentConductive Oxide)細線圖樣鍍膜技術。透過變更反應前驅物溶液(precursor),可在常壓及接近常溫的大氣環境下,快速地於三維自由曲面光學基板上鍍製及圖案化多種功能性的材料,製作高精度的光電元件。利用雷射可精準控制製程溫度、加熱位置以及的熱影響區域等特性,特別適合用於製作可撓式的穿戴裝置,例如軟性電池、軟性顯示器、軟性觸控面板、穿戴式感測器以及電子紙等產品。同時,本技術可使用中低功率(<1W)的連續光(Continuous Wave)雷射,不需真空及曝光顯影設備,具成本優勢。搭配適合的雷射光源模組,可於同一機台設備上實現減法(雷射剝蝕、切割、鑽孔)與加法(雷射沉積、圖樣化、填孔、熱處理等)的混合製程,除了更進一步降低成本、縮短製程時間,也避免因製程轉換所造成的定位與加工誤差。本技術具備雷射精準加工的特點,可應用於三維自由曲面基板,選擇性地形成真正3D圖樣化鍍膜,線路厚度與寬度可以根據設計需求調控,例如應用於3D高頻通訊裝置。透過調整前驅物反應流體,可於同一基板上鍍製多層功能性的材料三維圖樣結構,於單機上實現完整的元件製作。結合自動光學檢測,本製程技術亦可用於線路修復。有別於一般結合噴印與雷射熱處理的線路修復製程使用奈微米粒子漿料,本製程技術使用離子前驅物水溶液作為料源,無論是整體製程效率、圖樣線路精細度、製程碳排以及導線性質,皆經證實有明顯優勢。特別重要的是本技術從製程到原料配方,皆由團隊自行開發並申請專利,具有智慧財產方面的優勢!未來,光電子產品設計者,可以在實驗室中即時快速製作產品樣本,驗證設計概念與產品效能。未來,批量製造的光電產品中的瑕疵品,可以快速精準地進行修復,提升產能、減少資源浪費,建立低碳製造、環境永續的企業價值。未來,終端使用者帶著電路設計圖面到光電半導體產品列印中心,即可印出個人化的穿戴裝置。這是一個具有突破性創新並支持永續發展理念的未來科技!
未來科技館 | 綠能與環境氨除了為現代社會不可缺乏的重要資源,更被視為能源轉型社會不可或缺的重要 能源載體或是燃料。然而隨著全球能源及環境保護議題越發重要,降低碳足跡成 為全球社會的重要課題。儘管大氣中氮氣含量高達78% 但其高穩定性及高解離能 造就傳統哈伯法工業製氨需要耗費大量能源及產生大量的碳排放更需要許多貴金 屬催化劑。因此近年許多研究團隊朝向電化學氮還原技術發展,該技術可實現在 常溫常壓下進行氨轉化,更被視為取代哈伯法的重要技術。然而貴金屬催化劑的 取得及成本也是傳統哈伯法的痛點之一,許多團隊認為過渡金屬硫族化合物是取 代貴金屬催化劑的重要材料,因其特殊的結構、可調帶隙除被應用在催化領域, 更被視為半導體工業重要的明星材料。雖然過渡金屬硫族化合物具有良好的催化 性質但其反應位點僅存在在邊緣,儘管許多相關的表面改質技術但往往成效不 彰。透過原子級的修飾,非對稱性過渡金屬硫族化合物(Janus structure) 於 20 17 年成功以人工合成方式將過渡金屬原子一側的硫原子取代為硒原子,因其對鏡 像垂直對稱的破壞使材料獲得許多原先不存在的物理性質,如強 Rashba 自旋和 壓電性等。本技術成功合成立體前瞻半導體材料,非對稱性過渡金屬硫族化合物 ——硫硒化鎢,不僅為台灣半導體工業譜出新的一章,本團隊更將其應用至新興 電化學氮還原技術獲得高選擇性及高法拉第效率之氨轉化結果,因兩側元素電負 度差異使得 D 帶中心更接近費米能階可使表面氮氣吸附能力增加,進而達成高催 化效率的目的。本技術透過團隊原先擁有的過渡金屬硫族化合物三維化技術進行 表面修飾後成功獲得的非對稱過渡金屬硫族化合物並經由掃描式電子顯微鏡、穿 隧式電子顯微鏡、化學能譜儀及拉曼光譜技術確認完成電極製備,再透過電化學 工作站進行氮還原行為產生氨,經由紫外線/可見光分光光譜儀可知道本技術在 - 0.3 V 的電勢能下具有高達 35.24% 的法拉第效率也未發現有副反應產生。目前僅 透過氮氣進行還原證明該技術的穩定性及可行性,未來該技術將拓展至含氮廢水 之還原將其轉化為氨。
未來科技館 | 綠能與環境一、技術簡介 由於智慧製造、光通訊和3C產品的廣泛應用,微透鏡陣列成為具有高潛力的精密 光學元件。目前,製造微透鏡陣列通常採用精密加工和微影蝕刻技術,這些方法 存在設備成本高、製造時間長和加工餘料多的問題,對於製造微透鏡的形貌也有 著明顯限制。本研究團隊近年來將數位光處理(DLP) 3D列印技術應用於微透鏡陣 列的製造,此技術具有環保、低成本、大幅減少製造餘料和時間等優勢,然而DL P 3D列印技術所製造的微透鏡陣列表面的粗糙度由於階梯效應而難以滿足光學元 件的要求,這是目前亟待解決的問題。 本團隊使用可調整的數位灰階光罩,在製造過程中調整數位光罩的成像位置和成 型平台之間的距離,讓數位光罩中每個像素的邊界模糊化,產生失焦效果,消除 像素引起的階梯效應,使微透鏡陣列成品表面粗糙度滿足光學元件的要求。更重 要的是,相較於傳統製程,本技術能實現傳統製程無法達到的微透鏡陣列形貌。 本團隊亦使用新開發之光固化樹脂於本研究開發的製程中,實驗結果大幅提升微 透鏡陣列成品之解析度、數值孔徑和極限尺寸,從而大幅擴展微透鏡陣列的應用 範圍。 二、製造流程 本技術製程如下:(1)使用MathWorks開發之MATLAB軟體生成灰階遞減數位光 罩;(2)在3D列印機軟體開啟灰階遞減數位光罩;(3)調整3D列印機的曝光能量、 曝光時間和失焦距離;(4)在3D列印機放置一蓋玻片作為微透鏡陣列之基板;(5) 在載玻片上塗佈光固化樹脂;(6)開啟3D列印機的光源;(7)取出成品並使用氣槍 和酒精沖洗。 本技術的主要特色為製造時間短,當載玻片和光固化樹脂被置入3D列印機後,僅 須1秒內即可讓光固化樹脂在紫外光的照射下由液態固化並形成微透鏡的形貌,加 上後續清洗流程,製造一組微透鏡陣列共僅需要15分鐘即可完成。在本技術中, 數位光罩的成像位置和成型平台之距離被稱為失焦距離,當失焦距離提升至3000 μm時,其表面粗糙度最低可低至50 nm以下,而解析度最高可達58.7 lp/mm。 本研究可製造直徑最小60 μm之微透鏡,而微透鏡高度和直徑的比例最高可達0.63。本技術可製造具高數值孔徑之微透鏡 (最高0.98)、多焦距微透鏡陣列 (焦距20μm至200 μm)和高填充因子微透鏡陣列 (最高77.98%),其光學性能媲美市售微透鏡 (解析度約55 lp/mm),並可應用於影像面板和感光元件等產品。
未來科技館 | 綠能與環境可重構智慧面是一種新興的無線通訊技術,透過輻射表面大量反射單元設計反射 環境中的電磁波,藉此方式重塑通訊傳播環境,以優化或改善特定環境中的通訊 效能。可重構智慧面技術主要應用於增強基站功能,同時也帶來了節能減碳的優勢。包含以下項目:1. 大幅減少基站設置:透過使用可重構智慧面技術,我們可提升現有基站能力,擴大其訊號覆蓋範圍,而減少建設全新的基站的需求。進而減少了建立新基站所需的能源消耗,也降低碳排放量。2. 提高能源使用效率:可重構智慧面技術的應用可以優化無線通訊的傳播路徑,減少不必要的傳輸。基站可以在提供相同或者更好的通訊服務下降低能源消耗,減少了基站運營所需的能源。3. 可設計於環保基材上: 可重構智慧面技術可設計於各種特性之材質上,可針對材料的可彎曲程度、透明等特性選擇相對應的材料,也可使用環保相關之材料作為基板進行設計,例如可回收或可分解之材料,可降低廢棄物之數量。4. 與可再生能源整合:可重構智慧面技術的應用可促進可再生能源的整合和應用。例如將其用於太陽能電池板的優化配置,提高能源收集效率。促進了綠色能源的使用,減少對化石燃料的依賴,減少非再生能源使用。目前有許多團隊針對硬體部分進行設計,而本團隊除了設計毫米波可重構智慧面外,為了使可重構智慧面更具智慧功能,加入了電磁感測功能,包含感測方向角、極化、頻率之能力。目前,許多團隊都在專注於硬體部分的設計。與其他團隊不同的是,我們的團隊除了致力於設計毫米波可重構智慧面之外,還在其中加入了電磁感測功能,以使其更具智慧化。這些電磁感測功能包括感測方向角、極化以及頻率,使可重構智慧面能夠感知並分析周遭環境的電磁特徵。考慮到未來可重構智慧面將被部署為輔助基站,我們的團隊進一步增加了多種感測能力,以提高其整體功能。這些額外的感測能力包括溫度、濕度、空氣品質、風量和雨量等等。透過整合這些多功能感測能力,可重構智慧面可以在一個裝置中實現多種感測功能,無需額外的單一功能感測器。此技術設計具有許多優勢。除了可以大大簡化感測器的佈置和安裝,節省空間和成本。透過整合多功能感測能力還能減少系統的複雜性,提高操作效率。另外,這些感測數據的結合可以提供更全面和豐富的環境資訊,進一步優化可重構智慧面的功能和應用。整合多功能感測的設計將為未來的通訊系統和基礎設施帶來更多可能性,並為人們帶來更好的使用體驗和服務。
未來科技館 | 綠能與環境微生物菌株與其多樣的酵素深具生技、醫藥、能源、農業等方面應用潛力,亦對 環境友善。本技術之專利菌株Pseudornonas nitroreducens TX1 可分解多種有機高分子化合物,特別是在工業、農業、製藥用途廣泛的界面活性劑,如烷基苯酚聚氧乙基醇 (Alkylphenol polyethoxylates, APEOn)、聚乙二醇(polyethylene glycol)、十二基八氧乙基醇 (dodecyl octaethoxylate)、1,4-二氧陸圜 (1, 4-dioxane) 等。烷基苯酚聚氧乙基醇類界面活性劑為干擾內分泌的環境荷爾蒙,該菌株可利用 0.05% ~ 20% 的烷基苯酚聚氧乙基醇為單一碳源生長。在應用時,菌株施行於土相與水相環境中已證實具有高效的汙染物移除能力 (當每公斤土壤中含100~10,000毫克界面活性劑時,此菌在30~90天內對汙染物之去除率為90~99 %;在水相環境,界面活性劑的濃度為0.01~1 % 時,菌株在1~2天之去除率為70~90 %)此外,本菌株分解 APEOn 時,具有相當高之活性 (230至1,000 μmole/min)此高耗氧活性的菌株尚未於文獻中報導,因之該菌株汙染物的能力和應用之最佳實例已申請多項、多國專利保護。我們後續使用多體學 (蛋白質體學、轉錄體學、基因體學) 和轉座子突變等技術,研析菌株TX1分解汙染物之機制,確認眾多分解酵素和途徑,最近更發現細菌外膜上脂多醣的缺失會減弱對界面活性劑之抵抗。我們在2014年發表了世界第一Pseudornonas nitroreducens 的基因序列草圖 (Huang et al., 2014);2016年 時發表內分泌干擾物攝取量和生物分解機制的回顧,此文章首次整合台灣和其他 國家的攝取量,提供我國制定毒性物質和食品安全政策之參考 (Huang et al., 20 16)。同年,使用轉座子突變法找到42個在分解界面活性劑之關鍵基因,提出分 解機制與代謝途徑 (Tuan et al., 2016);2019年,首次提出菌株 TX1如何使用Bi o-Fenton 反應分解聚氧乙基醇系列的界面活性劑 (Hung et al., 2019),證實細 菌可用非專一性的酵素分解毒性有機物。在使用菌株分解有機物目標上,新增可 分解廣泛應用於食品之乳化劑和藥品賦形劑。
未來科技館 | 綠能與環境敬請期待!