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Look INSIGHT!智慧生活科技前瞻技術發表會
2009.11.06
時程 主題 主講人
13:00-13:30 報到
13:30-13:40 Opening
13:40-14:00 宋同正 副教授
Keynote Speech 與工程團隊合作之經驗分享 台科大設計學院
14:00-14:40 Presentation (1) 張憲彰 教授
可供微生物快速量化偵測的整合型晶片研發與應用 成大醫學工程研究所、奈微所
14:40-15:20 Presentation (2) 謝宗霖 副教授
氫能源製備系統 台大材料系所
15:20-15:40 休息 & 茶敘
15:40-16:20 Presentation (3) 饒達仁 教授
用於室內空氣品質及環境監測系統之氣體偵測辨識系統 清大奈米工程與微系統研究所
16:20-17:00 Presentation (4) 邱弘緯助理 教授
無線充電技術 北科大電子系
17:00~
＊每段Presentation包含25min的發表時間、及15min的Q&A
Presentation (1) -- 可供微生物快速量化偵測的整合型晶片研發與應用
成大醫學工程研究所、奈微所 張憲彰 教授
由於傳統檢測微生物的方法主要是以菌落培養法為主，鑑定微生物的種類及數量，但是須耗費數天甚至一星期的時間。本團隊利用微流體晶片結合介電泳與影像分析技術，對於溶液中的生物微粒快速地分選、捕捉及量化。因為是在連續式流體中進行實驗，微生物的量化可以縮短至數小時，讓檢測流程能夠更有效率。
介電泳力
在一非均勻的電場中，粒子與溶液受極化的程度不同。當粒子受極化程度高於溶液，粒子會被吸引至強電場區，稱為正介電泳力；反之則會產生斥力，粒子會往弱電場區移動，稱為負介電泳力。
影像分析
影像的灰階值會隨著其亮度的改變而變化，因此利用粒子被捕捉之影像灰階值的變化，轉換成堆積的高度進而推算出粒子數目。
台大材料系所 謝宗霖 副教授
光電化學槽
光 觸媒作用是利用材料的半導體特性，吸收光子產生電子電洞對，進而與周遭環境發生作用，來進行氧化還原或分解物質的運用。光電化學槽 (photoelectrochemical cell；PEC)是將光觸媒與另一個鈍化電極架設成電解裝置，藉由光照射光觸媒產生電子電洞對後，形成電動勢與電解液進行反應，而此裝置有利於水分解 (water-splitting)；在過往常以二氧化鈦奈米管當作陽極、白金當作陰極，加以紫外光為光源進行水分解。然而，紫外光於自然界不易取得，基 於自然能源的立場，可見光作為光源實為最佳的選擇，因此，我們考慮SrTiO3以及AgNbO3之複合材料。SrTiO3之能隙與二氧化鈦大致相等，而 AgNbO3則約為2.7eV。當二者複合時，Ag的4d軌域和O的2p疊合形成較O為高的HOMO，Ti的3d和Nb的4d疊合成較Ti為低的 LUMO，讓整體能隙縮小，換言之，AgxSr1-xNbxTi1-xO3(0＜x≦1)之能隙能夠落在可見光的範圍之內，而達到理想的要求。
一 般來說，較簡單的光電化學槽裝置是採用U型管的方式，分置光觸媒與白金於二電極，然後照光進行電解，用此來量測、決定氣體產生效益。而在實用上，我們決定 以智慧磚(smart brick)的概念來加以應用，融合建材與光電化學槽兩概念的智慧磚，透過內建的光觸媒進行照光水分解，收集所產生的氫氣，期能加以妥善利用，達到能源永 續發展的理念。
智慧磚
是由ABS(由苯乙烯、丙烯腈和丁二烯乳漿共聚合而成)製作而成，其特點在於加工成形容易，且其耐熱性及耐溶劑性皆優。智慧磚作為一種光電化學槽的形式，必須裝載電解液以進行運作，因此ABS之抗蝕性正可符合這樣的要求。
太 陽光作為自然可利用的強大光源，智慧磚必須要置於屋外接受陽光，而其擺設的方式，是直立固定於屋外牆上，試片對於接收陽光的傾斜角過大，因此我們將智慧磚 內承載試片的基座設計成傾斜狀，讓試片面對陽光的傾斜角減小，進而增加光照量。此外，受限於光觸媒試片的製作尺寸，我們為了有效利用陽光大範圍照射的性 質，在智慧磚內設計了六個能夠擺設試片的基座，並且將其置於同一極(陽極)，而另一極則放置白金(陰極)。於光觸媒試片的一極，妥善運用了陽光照射的大範 圍性，使得六顆試片得以同時產生反應，白金電極的一端則接收了光觸媒電極由於並聯所產生的強大電流，加快了反應速率，因此能夠有效率地運用大自然能源。另 外，為了使光電解反應能夠更順利地進行，光強度之強化勢在必行，因此我們在智慧磚朝向太陽的那一面蓋上可聚光的Fresnel lens，使得陽光之強度能夠加強，電解反應因而能較順利產生。
Presentation (3) --用於室內空氣品質及環境監測系統之氣體偵測辨識系統
清大奈米工程與微系統研究所 饒達仁 教授
偵測未知氣體所採用的辨識方法，是讓感測系統先建立基本的辨識資料庫，當未知氣體進入感測系統，即可利用系統內已知的資料庫去判別未知氣體所屬的分類群。未來隨著氣體辨識資料庫的新增與擴大，將會有助於提升陣列化表面聲波氣體感測系統辨識未知氣體的能力。本研究以2 x 2陣列化表面聲波氣體感測系統，對胺類與醇類等五種氣體進行偵測，建立基本的氣體辨識資料庫，並成功地利用階層式群集分析法辨識異丙醇為醇類的群集。
電子鼻感測晶片
電子鼻感測晶片的主要感測原理為表面聲波(Surface Acoustic Wave, SAW)。此研究中，選用低成本且具有高訊號/雜訊比與高敏感度的表面聲波元件作為氣體感測之用。當元件受到外界因素影響時，本身的震盪頻率會產生偏移，其頻率變化約在數十至數千Hz，目前量測儀器如計頻器，其解析度可達0.01Hz，可偵測微小的頻率變化量。感測器陣列化為電子鼻的關鍵技術，本研究採用非連續性的震盪電路且結合多工器，不僅節省分析辨識時間並可提供多種感測薄膜反應結果進行交叉辨認比對。將具選擇性吸附之高分子薄膜，以旋佈的方式將其製備於SAW 元件的工作區上。當感測器暴露於目標感測物的環境時，感測工作區上高分子薄膜會進行物理吸附或化學吸附的行為，使得感測工作區的質量改變而導致波速改變，並經由指叉電極（InterDigital Transducers, IDTs），將機械能訊號轉換成電訊號輸出。藉由頻率變化、相位變化、亦或能量損失等資訊，將可推測吸附量的多寡或目標感測物濃度的大小。此類感測器最大的優點在於使用不同的薄膜就可以對不同的氣體分子或液體分子進行感測，所以除了可對未知氣體或液體分子進行定量分析之外，也可對其作定性之分析。
北科大電子系 邱弘緯 助理教授
無線充電
目前無線充電器已以CMOS 0.35um晶片製程完成，以晶片製程完成可節省體積及與電池結合的難易度。現有的無線充電器面積僅4.2cm*2.5cm，在現有電池大小規範之內。目前可達到技術規範如下：
