臺北科技大學製造科技研究所學位論文
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人口老化問題日漸嚴重，其中以骨質疏鬆症最為普及。當骨質流失會導致皮質骨(cortical)厚度減薄與海綿骨(cancellous)孔隙率上升。目前仰賴雙能量x光吸收儀與定量超音波儀器檢測，雙能量x光吸收儀的x光是放射線，對於人體會造成輻射傷害，此外機器昂貴且龐大導致量測費用高和機動性不佳。定量超音波儀器只用於篩檢，精準度低，原因可能為軟組織(soft tissue)影響，降低準確度。 故本研究透過多層結構模擬骨質流失之情況，利用導波傳遞於雙層結構仿體骨板，分別為皮質骨與海綿骨仿體，利用水模擬軟組織層，建立多層結構的理論解，獲得多層結構的頻散曲線關係。皮質骨以橫向等向性材料模擬，海綿骨與軟組織以等向性材料模擬，理論利用遞迴近似勁度矩陣法(recursive asymptotic stiffness matrix method, RASM)建立多層結構。實驗部分以雷射超音波激發導波與探頭接收的方式。 研究結果中以部分波分析法(partial wave analysis)和實驗驗證遞迴近似勁度矩陣法的正確性，觀察軟組織對於頻散關係曲線的影響。在實驗接收的部分利用雙層結構的位移場對於實驗值的訊號接收做探討，位移量變化大，訊號接收佳。 之後對於骨質疏鬆症做參數探討，皮質骨減薄，頻散關係曲線模態朝向高頻且低相速度方向偏移；海綿骨密度下降，頻散關係曲線模態往高頻且高相速度方向偏移。進一步探討孔隙率，從實驗試片發現孔隙率上升，頻散關係曲線模態往低頻且低相速度方向偏移。透過軟組織的加入以及針對參數同步變化，期望在未來能夠在判別骨質疏鬆症中高準確性，應用於骨質疏鬆症的檢測。
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本論文目的為添加Bi和Bi/Cu奈米顆粒於SAE- 30潤滑油中以改善潤滑油的潤滑性能。這項研究使用與ASTM G99標準相符之磨潤(Pin-on-Disk)試驗機之測試條件下進行。研究重點為添加不同濃度之Bi和Bi/Cu奈米潤滑油，並且分析了Bi和Bi/Cu為潤滑油添加劑之磨潤特性，然後加入三個潤滑區域之斯特里貝克曲線(Stribeck Curve)。此外，試驗後對樣品磨耗表面進行觀測包括表面元素分析和磨耗表面形貌，並對摩擦係數、磨疤直徑、表面粗糙度和黏度與SAE-30潤滑油進行差異分析。實驗結果證明，添加Bi和Bi/Cu奈米顆粒為潤滑油添加劑，可以提高耐磨耗性和降低摩擦係數。Bi奈米顆粒在濃度0.1 wt%時，摩擦係數與磨疤直徑與潤滑油相比分別降低68.9 %和38.6 %。混合奈米顆粒添加濃度以0.02 wt%Bi+0.08 wt%Cu與潤滑油相比磨擦係數與磨疤直徑分別降低71 %和50.95 %。此外，在施加載荷之實驗結果顯示，Bi奈米顆粒添加於潤滑油可以有效提升潤滑油耐磨耗性能。經由SEM照片證明，Bi和Bi/Cu奈米顆粒會在磨損表面上產生填補與沉積作用。
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隨著醫學工程的進步，生物試片如幹細胞，臍帶血等的儲存越受重視，經研究發現生物試片存放於攝氏-196℃之液態氮中幾乎可永久保存其活性，而目前市面上其中一種掀蓋式試片儲存槽開蓋後由於桶內外巨大的溫差將導致煙霧瀰漫、試片辨識不易的問題，而本研究之目的為針對傳統式儲存槽上蓋進行機構設計改良，以達到桶外單一存取、編號辨識、精準定位、提升操作安全性（例如：避免液態氮噴濺）、減少液態氮揮發與開蓋導致桶內溫度提升等目的。再利用有限元素分析對模型進行模擬，評估改良設計之安全性、結構穩定性與可能的失效模式，以降低打樣、製造後設計變更的成本浪費。 透過文獻探討了解新型儲存機構的存取方式與儲存槽上蓋的結構，本研究是以新型儲存機構的設計為基礎並改良傳統儲存槽上蓋，以旋轉式上蓋的方式取代傳統式上蓋翻蓋存取的功能且能夠完全配合新型儲存機構的單一存取的功能，改良設計的部分包括上蓋存取口、刻度口、轉動機構、改良轉動把手、試片提取架、推桿等，再利用有限元素模擬分析軟體評估改良設計之安全性與結構穩定度，往後可作為自動化發展或變更設計時之參考依據。從模擬結果可證明旋轉式上蓋確實可配合新型儲存機構且結構穩定，其最大特色為可旋轉上蓋與存取口的設計可完全保留新型儲存機構的試片單一存取功能與優點，能做到桶外試片單一存取、試片刻度精準定位等，解決新型儲存機構於傳統式儲存槽的發展限制亦能擴展新型儲存機構之發展性。
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本論文主要在研究開發人行道地面機械綠能發電系統與進行其效率量測，此人行道地面機械綠能發電系統包括電磁感應人行道地面發電地磚與自動化效率量測系統兩部分。在發電地磚方面，以CCT實驗室所開發之脈衝式電磁感應發電機與一般式電磁感應發電機為基礎，分別設計搭配適合之傳動機構，其中，脈衝式電磁感應發電機 由外壁繞有線圈的線圈管及其內部往復移動的強力磁鐵，再加上線圈管兩端可交互斥推管內強力磁鐵的磁鐵盤組成，當管內強力磁鐵受兩端磁鐵盤斥推並往復穿過線圈時，即可感應產生電動勢；而一般式電磁感應發電機則是使用傳統地旋轉磁切的方式發電。兩種發電機都是法拉第電磁感應定律(Faraday's Law of Induction)的應用，而且兩者所搭配的傳動機構都是利用活塞曲柄傳動搭配機械變速組合，衝程以5、7與10 mm進行效率探討。在效率量測方面，以氣壓缸衝擊模擬裝置模擬行人踩踏發電地磚之正向力，並結合CCT實驗室自行開發的自動化效率量測系統。研究過程探討發電地磚在不同衝程距離與不同衝擊力道下的發電效率，此外，脈衝式與一般式電磁感應發電機也透過自動化效率量測系統成功地量測其發電效率，最後再由所測得的電磁感應人行道地面發電地磚之發電效率與發電機之發電效率換算得到電磁感應人行道地面發電地磚之機構傳動效率。本論文成功開發人行道地面機械綠能發電系統並測得其發電效率，結果顯示，脈衝式電磁感應人行道地面發電地磚在衝程5 mm時以50 kg衝擊力道撞擊，發電效率為1.35%；一般式電磁感應人行道地面發電地磚在衝程5 mm 時以50 kg衝擊力道撞擊，發電效率為5.58%，而在衝程10 mm以50 kg衝擊力道撞擊時，發電效率達到14.90%。
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本研究係使用射頻磁控濺鍍系統(RF sputtering system)以氬電漿且無氧源環境下轟擊靶材於室溫下製備氧化鋅薄膜在光學玻璃基板上，其靶材使用商用及自製氧化鋅靶材(ZnO Target)。自組裝(Self-Assemble)氧化鋅薄膜於不同濺鍍功率、工作壓力及基板傾斜角度之參數中所製備。其薄膜微結構、結晶性、表面形貌、光學性質及表面潤濕性分別以場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)、X-ray繞射晶體結構分析儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、可見光光學檢測分析儀以及接觸角分析儀進行探討。 由實驗結果顯示：所有氧化鋅薄膜在可見光波段均有高於80%的可見光平均穿透率；於射頻功率125 W(傾斜角度與工作壓力固定為0 o與3.0×10-2 torr)所沉積之氧化鋅薄膜有高疏水性質(CA=110.6 o)及較佳的c軸(0002)織構能力。氧化鋅薄膜經由UV光照射後由疏水性轉變為親水性，並靜置於暗室中於10小時即回復至初始疏水態，且於真空、氮氣、氧氣、氧氣、大氣環境中具有不同回復速率。 最後成功以自製不銹鋼模具壓製氧化鋅靶材裝置於射頻磁控濺鍍系統沉積氧化鋅薄膜，其沉積之薄膜具有高穿透率且疏水性質。此結果具有潛力應用於多功能性奈米元件。
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工業技術、材料科學及加工技術的進步，而使得日常生活的產品朝著輕、薄、短、小的方向發展，而且兼具多項功能的產品也到處可見。微細孔的應用相當廣泛，從工業到食品業的噴嘴以及紡織業的的抽線眼模均可見微細孔的應用，由此可見微細孔加工技術的重要。本研究主要利用微放電加工方法來加工微細孔，在微放電加工中微細孔之最小直徑受到微電極工具尺寸的限制，而孔的深度不僅受到微電極工具長度的限制，也受到排屑問題的阻礙，故高深徑比之微細孔，特別是深徑比大於10之微細孔加工仍相當困難，故本研究將探討微電極所能達到最小直徑與最大長度，利用此微細電極工具探討所能加工之微細孔深度，為了提高加工深徑比，利用振動平台治具，改善排屑問題增加微細孔之深徑比，以達到高深徑比之微細孔放電加工的需求
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本論文主旨在進行雙管熱管和鰭片式熱板的開發，雙管熱管研究方法以探討傳統熱管接上散熱鰭片後的熱傳導行為，其熱傳導行為與傳統熱管未搭配散熱鰭片的變化，進而開發雙管熱管達到恢復原始熱傳導行為，增加散熱器散熱功率為目的。本研究進行雙管熱管散熱裝置的散熱功率測定，並與傳統熱管進行比較。實驗過程中，自製雙管熱管，以一外徑φ6mm、長200mm之溝槽式熱管為基礎，在熱管絕熱段植入一外徑φ5.4mm、壁厚0.3mm、長60mm且熱傳導係數值較小的不鏽鋼網，量測雙管熱管的熱響應與散熱功率，實驗結果顯示，雙管熱管的熱響應比傳統熱管熱反應快，雙管熱管達均溫時只需要10秒為商用熱管所花時間的一半；另外，在最大散熱功率條件下，雙管熱管的散熱功率比傳統熱管增加約200%。鰭片式熱板研究方法以創新設計除去熱板與鰭片之間的熱阻，提高熱傳導。實驗過程中使用610x 80 x 0.4m3銅板作為基板的尺寸並與110PPI泡沫銅燒結為熱板毛細結構，燒結溫度為750℃持續30分鐘，在沒有氧氣且充滿氮氣條件下避免氧化增加熱阻，添加的工作流體為真空去離子水並在10-2torr的環境下進行填充。結果顯示，鰭片式熱板在自然對流下可散熱約57W，其中，晶片最高溫度在58℃以下。
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本研究在探討一金屬卡扣彈簧片，承受一筆狀且材質為SKH51之高速鋼的橫向力作用之後，所產生的插入力和拔出力的分析。研究方法是利用有限元素分析軟體進行原始設計組的模擬，求得彈簧片受金屬筆的作用後的插入力和拔出力，並以實驗實證此一模擬組的正確性和合理性。再來利用田口法實驗的設計程序，將品質目標設定為插入力3.92N (0.4kgf)和拔出力7.84N (0.8kgf)，並設定控制因子各為A (材質)、B (支點距離)、C (右側水平距離)、 D (左側水平距離)、E (頭部水平距離)、F (寬度)、G (厚度)、H (R角)，由此獲得影響各單一品質目標的最主要因子和最佳化參數組合，並且進行變異數分析以比對田口實驗，最後運用灰關聯分析以求出彈簧片的多重品質性質，因而決定彈簧片的最佳設計因子組合。經由本研究分析結果得知，主要影響控制因子為G，而最佳化的參數組合為A1B3C1D2E2F1G2H3，即材質為BeCu C17200 1/2HT，支點距離為18.7mm，右側水平距離2.48mm，左側水平距離為4.25mm，頭部水平距離為0.67mm，寬度為2.2mm，厚度為0.2 mm，R角為6.8mm。
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本研究針對將二氧化鈦、雲母及氮化硼等初始材料，利用球化技術，製備其球型氮化硼複合粉體。並將對初始粉體及球型複合粉體做X光繞射、掃描式電子顯微鏡、粒徑分析、吸油度及白度分析。另外將初始粉體及球型複合粉體混合到亞麻仁油，製備成乳液做為防曬保護之應用，其製備乳液使用紫外 - 可見光 - 近紅外光譜，防曬係數測試儀，和熱導率測試儀進行分析。 實驗結果顯示，相態分析部分，球化製程後經過熱處理的複合粉體，沒有相態轉變發生。粒徑分析部分，所製備球型複合粉體，其粒徑分佈沒有明顯差異；對應其初始粉體，球型複合粉體NUM8B2製備成BB霜，擁有最高的防曬能力SPF 2.3。球型複合粉體DM2B8製備成乳液，擁有最高的吸油度167.4 g/100g及熱傳導0.51 W/mK。 本研究以物理性防曬氮化硼粉體為主，經由氮化硼粉體添加使用，到配方設計、製程加工到最終的光學及防曬檢測，建立一套完整的流程，研發其氮化硼多元複合材料。結果顯示，球型複合粉體相較於初始粉體，不僅具有良好的吸油和近紅外吸收能力，也有較為優異的導熱性。除此之外，球型複合粉體其防曬保護性能也優於初始粉體或是奈米二氧化鈦。
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本研究探討6061鋁合金以純鋅膜進行暫態液相擴散接合，其中接合溫度分別於420℃、450℃及480℃持溫時間為60分鐘及120分鐘後，進行T6熱處理，並針對接合形貌、機械性質進行探討，研究結果得知，在6061鋁合金之接合界面間，形成一反應層，且無明顯缺陷，經由附著力測試破壞後，將破斷面進行定性及定量檢測，該反應層界面破斷面幾乎為Al-Zn或Al-Zn-Mg固溶相所組成。 當接合溫度較低時，容易於接合處形成缺陷，故後續熱處理時，大氣中水氣或氧氣容易使該缺陷擴大。而較高接合溫度下，其接合界面反應層較為完整，大氣不易使之惡化，並經由熱處理後，更可提升其強度與硬度。藉由附著力測試結果得知，界面反應層與接合溫度對於本實驗之擴散接合製程都是非常重要的因子，在本實驗之試片482(接合溫度480℃、持溫時間2 hr)，有最高之強度值28.21 MPa，且經熱處理後，強度值可達48.15 MPa。 冷板為液冷式散熱系統中關鍵元件之一，因其直接接觸電子元件，因此其熱傳性能與密封性要求甚高，而冷板在開發製作上，長久受限於加工技術的限制，始終無法有效提升產品的可靠度以及性能。故本研究將6061鋁合金擴散接合整合進冷板的開發上，並以堆疊式流道進行設計，藉由鑲入片型結構將其分為兩部分：下層流道以及上層流道；下層流道分別以圓柱型、平行式以及W字型進行設計，配合適當之上層流道設計以求得最低熱阻之冷板。期間並以商用軟體ICEPAK進行模擬分析，以得最佳之流道設計，並實際以CAD/CAM分別製作冷板，並以擴散接合技術，將冷板之上蓋、底板與片型流道進行一次性的接合後，進行其熱性質檢測，並與模擬結果相互驗證。