本論文利用多孔矽材料應用在微型燃料電池上,利用多孔矽作為氣體擴散層,再進行白金的沈積,使白金可均勻沈積在多孔矽的表面,使多孔矽具有氣體擴散層與觸媒層的功能,取代傳統使用商購的氣體擴散層的方式,並探討多孔矽作為氣體擴散層與不同孔洞尺寸 (10μm、30μm、50μm)對微型燃料電池性能的影響,並從中找出多孔矽製作的最佳製程參數。 另外,燃料電池內部溫度對其性能之好壞有直接的影響,因為性能之好壞大多決定於膜電極組的濕潤程度,濕度太大或乾燥及溫度過高都會造成電池性能下降,因此即時監控燃料電池內部的溫度為一重要的課題。利用微機電製程特性,可整合陣列微感測器至雙極板上,讓雙極板同時富有引導燃料擴散的能力外,更能肩負量測電池內部的各項重要影響性能之因素數據,諸如電池?X部溫度等關鍵資訊。 為了達到燃料電池微小化及功能化的目標,提出創新製程整合研究,希望把燃料電池的元件(溫度感測器、氣體擴散層、觸媒層、流場板)整合在一起,同時可即時監控電池內部溫度狀況,以提高電池的性能與壽命。
本研究利用化學氣相沉積法(CVD)成長少層石墨烯,轉印在耐熱膠帶上製作三維結構石墨烯氣體感測器以達到高感測靈敏度。此石墨烯氣體感測試片在室溫下可以偵測到二氧化氮ppm等級的氣體濃度。本研究最佳的三維石墨烯感測試片在感測10 ppm濃度的NO2時,其靈敏度可達13.4%,是同樣底面積的限制條件下的二維石墨烯感測試片之1.4倍,此三維試片在感測5 ppm濃度的NO2時,20分鐘後其電阻變化率可達6.3%。此結果也優於近年來的一些奈米碳管氣體感測器與石墨烯氣體感測器之感測靈敏度,而本研究氣體感測器之優點總的而言就是高感測靈敏度、製作簡易,還有低成本花費。
本論文是以塑膠基板為基底,製作出可彎曲、低成本的Flexible Sensor。有異於本實驗室之前做過基板為Silicon的Naon Sensor,不過由於元件太小,使用較不易,加上以矽基板為基底,對於材料的成本、製程與方便性都有相當大的限制。所以我們把CNT Sensor做在PET上看是否會有相同的特性。元件製作流程中,我們將奈米碳管浸入在二甲基甲醯胺裡(dimethylformamide, DMF),並且使用超音波振盪器,且旋塗在源極與汲極之間。將兩端通道定義為感測口。在實驗中,檢測溶液去離子水(DI-water)及氯化鈉離子溶液(NaCl)所量測的電流有明顯的不同。利用結果來分析元件源極、汲極的間距對Flexible Sensor的靈敏度是否有所影響。之後再於Flexible Sensor加上背閘極,借以分析閘極對Flexible Sensor在檢測時是否有改善。在徹底的研究這些數據後,我們可以將Sensor製作在塑膠基板上成為高靈敏度離子、化學及生物感測器。
天氣的陰晴和濕度變化與人類的生活習習相關,自古,人們就開始利用簡便的器具測得空氣中濕度改變,從懸掛羽毛與木炭的重量比較至琴弦音律差異得知濕度增減,再至乾濕球與毛髮濕度計的現世。直至九十年代後,科技的進步及空調設備普及,電子式濕度計發展更是有了長足的進步,使得濕度感測器由簡單元件漸向智能化、多功能化發展。 高分子材料具有製程簡單、成本低、低溫操作等特性,實為未來電子領域發展之趨勢。本論文利用半導體製程與自製噴墨系統,使用有機高分子聚3,4二氧乙烯噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作為感濕材料,透過摻雜二氧化矽(SiO2)及氧化鋅鋁(AZO)的奈米粒子,以期提升對濕度感測的穩定性及靈敏度。 本論文成功地噴印出三種感測元件,其電阻與相對濕度呈高指數相關,可作為正特性電阻式濕度感測器,且噴印之濕度感測元件皆具有高靈敏度、可重複性、高專一性及反應時間快的特性。並於論文中証實摻雜二氧化矽奈米粒子於PEDOT:PSS後,對濕度反應可提升106%;摻雜氧化鋅鋁奈米粒子可以提升PEDOT:PSS對水汽的反應達67%。此外,利用噴墨製程於晶片噴印各種感測陣列,透過各感測元件間的聯立方程解,便可使晶片作用於不同環境,而不限於偵測單一氣體,此方法可拓展感測元件的應用領域,提升其產業價值。
本研究主要為利用厚膜陶瓷電路基板印刷電路,且經由燒結850℃,再透過蒸鍍製程將TiO2固態轉氣態元子和分子,使其披覆於厚膜陶瓷電路基板上,製作成『陣列型酸鹼感測器元件』,由於厚膜高溫燒結製程所製作出來的線路具有高可靠度及高穩定性之特性優勢,且陶瓷基板具有高抗酸鹼及抗腐蝕之特性,不會因為待測物之極酸鹼性造成影響。透過此陣列型酸鹼感測器元件,即使在惡劣的環境中,仍然不會被干擾且可測得更具信賴之結果。 將酸鹼感測器元件透過標準緩衝溶液(Buffer Solution)PH 6.0、 PH 7.0、PH 8.0以及PH 9.0 於50℃以下進行測試,電荷可有效累積於感測器上,再利用外加Ag/Ag/Cl玻璃參考電極以併排方式,量測酸鹼感測器對於各個標準緩衝溶液(Buffer Solution)之反應結果,靈敏度可達100 mV以上,其線性度更可達0.99以上。 厚膜陣列型酸鹼感測器,不僅具有高感測度和高穩定性外,因為感測器本體是陶瓷基板加厚膜塗料燒結而成,常常被使用於需要高可靠度的環境,由於人每天都需要用水,因此監控水質變成了一個重要的議題。另外,不論是材料本體之耐用性亦或是研究結果所證實之穩定可靠度,皆說明此酸鹼感測器非常適合用於水質監控,而現今空氣汙染情況嚴重,民生飲用水為最需要被監控之水源,因此,此酸鹼感測器用來監控民生用水再適合不過了。除此之外,現在人們喜歡藉由泡溫泉舒壓,此感測器亦可用於溫泉水質之檢測。
具奈米結構之表面廣泛應用於顯示器、太陽能板、生物醫學檢測元件中,而目前之製造大多仰賴微機電製程,製程繁複、成本昂貴且無法製作大面積,為現今的一大挑戰之一。本研究結合自組裝PS奈米球與陽極氧化鋁製程,開發一簡易製作出大面積之預壓陽極氧化鋁模具之製程,並利用氣輔熱壓複製結構於PC基材表面,並探討其光學及生醫檢測上的應用。 本研究以直徑大小為500 nm之PS奈米球於轉速600 rpm之旋轉塗佈下,均勻塗佈於矽基材表面,得到大面積之高規則排列的自組裝PS奈米球陣列結構,並且利用PDMS澆鑄翻模及電鑄鎳的兩階段式翻模複製,成功製作出表面具奈米凸起陣列結構之金屬鎳預壓模具。 預壓陽極氧化鋁製程中,以金屬鎳預壓模具預壓,接著進行一次陽極氧化處理,進行擴孔後便可得到規則陽極氧化鋁(AAO)奈米孔洞陣列,本研究以磷酸作為電解液,外加電壓180 V進行陽極氧化處理,獲得預壓陽極氧化鋁模具,接著以氣體輔助熱壓製程,於PC基材表面製作出具奈米柱陣列結構之PC薄膜試片。 在光學的應用上,將以PDMS軟模所壓印之PC薄膜與預壓陽極氧化鋁模具所壓印之PC薄膜作反射率的量測,由結果顯示,反射率皆有顯著的下降,在高度為660 nm之結構下,反射率皆可下降至2 %以下,具良好的抗反射效果。 於生醫檢測方面,本研究製作之試片鍍金後可同時應用於表面電漿共振(SPR)與表面增強拉曼散射(SERS)兩種檢測上。在穿透光譜的量測上,於空氣及水兩種環境中,因表面電漿共振而在環境折射率變化時使其光譜有紅移的現象;而在拉曼光譜的量測中,檢測對-巰基苯甲酸(p-mercaptobenzoic,PMBA)分子,可在短時間內得到拉曼訊號的增強,顯示生醫檢測的潛力。
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