清華大學動力機械工程學系學位論文
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在此研究中，我們採用了 Fakhari所提出的三維兩相流晶格波茲曼模型，但 不同的是此研究使用的為單鬆弛時間而非多鬆弛時間的晶格波茲曼模型，利用 多圖形顯示卡叢集來進行數值模擬。為了展示此研究所提出方法的能力， 我們進行了一些數值模擬來驗證此晶格波茲曼法的可行性。這些模擬包含由重力驅 動之方管流、一靜止水滴的壓力分佈(即拉普拉斯定理 )、一中間有矩形空間之 空氣的水滴放置在一旋轉流場、萊利-泰勒不穩定性與一液滴撞擊液體薄膜之模 擬。重力驅動方管流用來測試此方法是否可運行在較極端之情形且與解析解之 結果吻合，拉普拉斯定理之模擬結果符合理論上之結果，矩形槽之旋轉水滴驗證了此研究採用之兩相流介面捕捉模型 Allen-Cahn較為準確與穩定。在萊利 -泰 勒不穩定性之模擬中泡泡與尖刺之位置與He之結果完美符合，但在介面之速 度相較於Zhang之結果有些震盪產生。最終液滴撞擊液體薄膜之模擬似乎因單 鬆弛時間晶格波茲曼法在雷諾數的限制，無法完全與Fakhari所採用的多鬆弛時 間晶格波茲曼法吻合。
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目前毛細管等被動式節流器廣泛的使用於液靜壓軸承，然而此種節流器無法有效地補償負載造成的供油壓力變化。本文提出另一種替代的方法，使用主動式比例壓力閥進行壓力控制來提高液靜壓軸承運行的精度，期在液靜壓軸承高速運作時，仍能藉由實時控制與監測系統，有效地、強健地補償節流器與液壓系統之壓力，維持軸承穩定運作達到液靜壓軸承預定之加工精度。 為了達到實時控制與監測的目標，本文先介紹液靜壓線性平台之運動方程式並介紹滑塊之靜態模型，得到滑塊之油膜承載力與剛性。接著介紹實驗設備，設明主動式液壓調控裝置的概念、液壓調控設備與即時控制設備的連接。 介紹完液靜壓線性平台理論與實驗設備後，接著介紹控制策略，在本研究中，採用雙重迴路控制策略，藉由內迴路策略初步控制油壓系統，再藉由外迴路控制方法，提升系統的響應速度並改善暫態反應。在實驗方面，先給定輸入電壓訊號，壓力傳感器量得壓力輸出訊號，將輸入與輸出數據轉入Matlab程式中，比較實驗輸出訊號與識別輸出訊號，得到系統識別之轉移函數。再結合供油設備與液壓軸承系統模型，並以dSPACE控制設備連接液壓軸承系統，即時讀取油壓系統之壓力等訊號，建立自動控制補償與監測設備。最後，實驗結果顯示所提出的主動控制架構有效地改善油壓的上升時間和追蹤精度。本文研究結果對未來的智能控制的發展和工具的製造提供一種可行的控制架構。
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在這項研究中，我們開發了一種非侵入性的快速藥物篩選平台，可通過使用延伸閘極電雙層場效電晶體感測器來檢測細胞靜止膜電位的變化。 阻抗測量表明了虛部阻抗主導測試溶液中的閘極偏壓變化，證實了延伸閘極電雙層場效電晶體感測器的機制是透過電雙層結構的再分佈產生閘極偏壓變化並透過FET放大訊號。為了證實延伸閘極電雙層場效電晶體感測器在藥物篩選上的應用，我們加入了硝苯地平以及胞外鈣離子等胞外刺激，研究表明，我們的感測器具有在不同胞外刺激下區分極化靜止膜電位和去極化靜止膜電位的能力。維生素A酸等油性小分子由胞外擴散至胞內也可以通過感測器檢測到。此外，除化學刺激外，本研究還研究了人類角質細胞（HaCa T）細胞在物理傷害下(UVA)的實時電響應。基於這些結果，延伸閘極電雙層場效電晶體感測器已成功運用於諸如藥物篩選和離子通道研究等預期應用。
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本論文使用時間獨立密度泛函理論(time-independent density functional theory, TI-DFT)與時間相依密度泛函理論(time-dependent density functional theory, TD-DFT)計算方法，模擬計算高分子發光二極體（polymer light-emitting diodes, PLED）當中的高分子材料聚噻吩(polythiophene, PT)的光電特性，並且用實驗驗證此理論計算方法的合理性。 首先建構噻吩(thiophene, T)之單體(monomer, T1)分子，利用此參數計算各單體分子及其衍生物之最佳化結構，振動頻率、單點能量等資訊，進而獲得最高佔據分子軌道 (HOMO) 能量，最低未佔據分子軌道 (LUMO) 能量、能隙(band gap)、分子軌域(molecular orbital）與吸收光譜(absorption spectrum)以及進行激發態計算而得到放射光譜(emission spectrum)的性質。 量子模擬計算當中增加單體數量由一個(T1)至十個(T10)，十五個(T15)，二十個單體(T20)，二十五個單體(T25)，三十個單體(T30)，除了可以利用計算得到各別的能隙，且隨著單體的增加，LUMO能量逐漸降低，而HOMO能量逐漸增加。再藉由外插法獲得高分子聚噻吩之能隙趨近於2 eV與文獻的實驗數值吻合。 本論文實驗部分藉由紫外-可見光光譜量測、光激發螢光光譜(photoluminescence, PL)量測驗證高分子聚噻吩吸收光譜、放射光譜的波長數值與能隙值也可以藉此做推算。除此之外能隙值也可以用電化學當中的循環伏安法(cyclic voltammetry, CV)得到。而紫外光電子能譜儀(ultraviolet photoelectron spectroscopy，UPS)的實驗結果可以證實最高佔據分子軌道 (HOMO)實際數值。藉由實驗結果可以證實適用此類高分子材料的計算模擬參數，PLED發光材料若需要不同顏色的放光需求就可以藉由調整聚噻吩的取代基來達成。
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