2023 年 12 月出版
科儀新知 第 237 期
人物專訪
財團法人三聯科技教育基金會–林廷芳董事長：不要浪費一場好的危機 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
林麗娥
協助巴黎聖母院浴火重生的感測器，外銷到日本、東南亞、美國多個國家的「地震預警與速報系統」，都是出自於臺灣環境監測第一品牌：三聯科技。
臺灣這塊不算太大的土地上，孕育出許多全球性或區域性市場領袖地位的中小型企業。時光倒轉到對臺灣經濟成長扮演重要角色的十大建設，其施工監控、地震監控也都可以看到三聯科技的身影。《科儀新知》237 期特別為讀者規劃可探測周圍諸多環境參數，能夠收集大量數據，進行適當計算處理，應用於農業、軍事、健康醫療、環境監測的「智慧微塵技術與應用觀測」專題。本期「人物專訪」特別邀請到財團法人三聯科技教育基金會、勤美集團的林廷芳董事長。讓讀者了解臺灣長青科技企業的韌性與發展過程，如何在地營運，進行全球化長期佈局。
智慧微塵技術與應用觀測
「智慧微塵技術與應用觀測」 專題介紹 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
陳永裕
「智慧微塵」是讓具備感測、運算、通訊等功能的無線感測器，縮小成如同約沙粒或塵埃的體積，用以檢測如氣體、溫度、振動等。可大量佈建在實際應用場域中，進行資訊偵測、蒐集、傳遞與處理等作業。目前在軍事、農業、環境保護、醫療等領域已有應用案例，然廣泛應用仍有技術、成本等課題待解決。緣此，本期特別推出「智慧微塵技術與應用觀測」專題，著重探討氣體感測器的發展狀況及應用面。搭配專題內容，亦特別邀請財團法人三聯科技教育基金會－林廷芳董事長擔任「人物專訪」受訪嘉賓，讓讀者了解臺灣環境監測第一品牌：三聯科技，是如何從儀器代理轉入製造、研發，製作地震預警系統，被全世界廣泛地採用。
目前氣體感測器主要分為半導體氣體感測器、電化學氣體感測器、固態氣體感測器、觸媒燃燒式氣體感測器等型式。本期收錄了三篇半導體氣體感測器的技術應用與發展，包含國立清華大學林鶴南教授團隊：「以氧化銦奈米磚為基礎之手機操控可攜式半導體式臭氧感測器」，以低溫化學製程製作氧化銦奈米磚，對臭氧感測具有高靈敏度，可大量生產且成本低廉，並自製可用於環境氣體監測的手機操控可攜式半導體式氣體感測器；國立陽明交通大學洪瑞華教授團隊：「一氧化氮氣體感測器與其電路模組之應用」，開發一氧化氮氣體感測器，具有響應高、反應快、成本低和體積較小的優勢，目前主要用於廢氣環境監測，未來可望將低濃度一氧化氮應用於偵測氣喘等醫療應用；聯合大學楊勝州教授「研究金奈米粒子吸附氧化鋅奈米結構之甲醇氣體感測器特性」，以簡單的水熱法過程與直流濺鍍系統，成功製備出金奈米粒子吸附氧化鋅奈米柱於氧化銦錫玻璃基板上，製作為氣體感測元件，進一步證實金奈米粒子不但可以有效地提升感測器的靈敏度，也增強了對感測元件的穩定度。
在技術創新方面，國立臺灣大學李尉彰教授團隊有別於傳統諧振式微機械感測元件如懸臂樑結構，發展「基於調諧質量阻尼之微機械質量感測器」，將調諧質量阻尼的概念實現於微機械製程中，在兩端固定樑上方建構調諧質量阻尼器，並應用於質量感測器，以此來達成更高的感測靈敏度。南臺科技大學蕭育仁教授「設計微機電加熱器熱分析模擬與驗證」，則是著重在底部式微型加熱結合氣體感測應用之微型加熱器的設計與製造，以確保感測器的工作溫度可以上升到所需的工作範圍，並確保其可靠性。
智慧微塵在整個網路資訊整合，可視為一種終極的物聯網，然而要實現微塵感測器網路的宏圖，核心技術還是要製造出單個微塵。期望在本期作者群深入淺出的介紹下，激發讀者新的研究想法與方向，進而促進臺灣在感測元件模組的國產化，建立自主感測器技術能量。
以氧化銦奈米磚為基礎之手機操控可攜式半導體式臭氧感測器 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
徐子軒, 洪承彬, 王大輔, 蘇暐中, 孫揚喆, 劉承恩, 林鶴南
本研究敘述對臭氧感測具高靈敏度之氧化銦奈米磚合成，及手機操控可攜式半導體式氣 體感測器建構。氧化銦奈米磚以低成本化學製程製作，在紫外光活化模式，對 O3 感測電阻 變化靈敏度達 22.7 ppm-1 ，最低偵測極限為 1 ppb，對 NO2 感測靈敏度約為 8 ppm-1，兩者比 值約 1：0.35，對其他氣體則極低。將氣體感測器架於空品監測站進行機器學習，以感測晶 片電阻及環境溫濕度作為輸入值，以測站真實濃度作為目標值，並建構人工神經網路運算來 預測濃度，在 1 O3 + 0.54 NO2 作為目標濃度值，決定係數 R2 可達 0.48。
基於調諧質量阻尼之微機械質量感測器 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
杜文睿, 劉嘉仁, 陳庭毅, 李尉彰
透過微機械諧振器之諧振頻率隨著外在環境變化而偏移的效果作為感測器使用，是目前廣泛應用的感測機制之一，並已用於質量、力量與電壓計等感測應用。有別於傳統諧振式微機械感測元件如懸臂梁結構，本文使用基於調諧質量阻尼結構之多維度諧振器做為質量感測元件，以此來達成更高的感測靈敏度。本文將依序介紹調諧質量阻尼微機械感測器的物理模型、量測架設以及實驗結果。
一氧化氮氣體感測器與其電路模組之應用 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
邱俊瑋, 洪瑞華
因物聯網 (IOT) 之發展，各式感測器有大量需求，其中氣體感測器也為其中的一種。本實驗室所開發之一氧化氮氣體感測器為半導體式之氣體感測器，其優勢有響應高、反應快、成本低和體積較小，而一氧化氮多用於環境監測，主要來源為汽機車和工廠所排放廢氣，此外，低濃度之一氧化氮也能偵測氣喘，若能測量低濃度則可應用於醫療，對於生醫之影響也將重大。而一般半導體製程所製作之感測器，需要使用半導體量測儀器去量測其電性變化，本實驗室則有開發一感測電路模組，大幅縮小量測機台之體積且成本低廉，使其可以放置於不同的場地，不受空間限制來做實際環境的測試，除了縮小體積，感測電路模組在量測的結果上也佔據優勢。
研究金奈米粒子吸附氧化鋅奈米結構之甲醇氣體感測器特性 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
朱彥霖, 李韋宏, 楊勝州
在氧化銦錫玻璃基板上生長高密度且排列良好之氧化鋅奈米結構和吸附金奈米顆粒被用 作氣感材料，通過簡單的水熱法，在不同的直流濺鍍系統沉積時間 (0 s、30 s)，金奈米顆粒 吸附的奈米柱陣列成功地在基板上生長，製作為氣體感測元件。透過儀器的分析 [掃描式電 子顯微鏡、能量色散 X 射線譜、X 射線繞射儀、光致發光儀、穿透式電子顯微鏡圖]，觀察 其奈米結構的表面型態、材料的結晶度、光學特性以及元素含量的分布，證實金奈米粒子 成功吸附在奈米結構上，在元件的部分，有無金奈米粒子吸附的氧化鋅奈米柱對甲醇 1000 ppm 響應值分別為 63% 與 41 %，並且在工作溫度 150 °C 和甲醇濃度為 1000 ppm 下呈現出 良好的特性，進一步證實金奈米粒子不但可以有效的提升感測器的靈敏度也增強了對感測元 件的穩定度。
設計微機電加熱器熱分析模擬與驗證 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
黃柏銘, 蕭育仁
微型加熱器的開發宗旨為提高加熱效率、降低耗能、縮小尺寸、更快的響應時間以及精 確的溫度控制。研究主要著重在底部式微型加熱結合氣體感測應用之微型加熱器的設計與製 造，以分析耗能和溫度分佈為主要目的，並利用此元件進行開發與模擬。模擬 4 種不同幾何 設計的加熱電極，以此來比較出哪種設計耗能較低，並且以微機電技術製程來研發。
科儀專欄
氣體稜鏡技術應用於氣體折射率量測 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
杜星旻, 韋安琪, 施至柔
本研究利用氣體稜鏡技術即時檢測氣體折射率，利用光學稜鏡與待測氣體產生不同偏 折角，再搭配 Shack-Hartmann 波前檢測架構，可換算出實際波前傾斜角度變化量，進一 步推算出該氣體折射率。相比於一般量測稜鏡偏轉角之氣體折射率量測系統，藉由 Shack-Hartmann 波前檢測儀之微透鏡陣列，可以使取樣更多且更精確地取得偏轉角及氣體折射 率。
提升遙測衛星成像品質的秘密 – 開箱全臺灣唯一的大口徑非球面鏡 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
陳柏荔, 林麗娥, 魏崇倫, 莊子右
大家都知道，太空科技的元件，大多是國際管制輸出的項目，是你有錢也買不到的，買 不到怎麼辦呢？只能靠自己開發！遙測衛星中的光學系統，其中的大口徑非球面鏡製作技 術更是關鍵瓶頸，國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心 (以下簡稱國研院儀科中心) 團隊 以 40 年的光學技術與經驗，用了超過 3 年的時間，一步一腳印地突破拋光以及檢測技術， 才開發出衛星遙測系統用的大口徑非球面鏡片，目前國研院儀科中心是全臺灣唯一可以製作 40 公分以上非球面鏡片的重要單位！讓我們一起開箱好好認識臺灣的技術與驕傲吧！
