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壹、脫鎂葉綠素之衍生物形態研究以及其可能之應用─對氫氣之作用 貳、脫鎂葉綠素之氫氣吸附與釋放特性之研究 參、一種基於自動上鍊機構之能量收集方式

壹、本研究以第一原則量子模擬軟體Dmol3計算脫鎂葉綠素分子(pheophytin)之原始及衍生結構之基態能量，因而指出一種可能的脫鎂葉綠素衍生型態已然存在，並利用可見光頻譜和實驗加以驗證。亦即，模擬過程中發現了脫鎂葉綠素會衍生出一種能量較低的分子結構，其特徵是：於卟?環上的氮原子皆呈現N-H單鍵之飽和狀態，即原始的脫鎂葉綠素的兩個氮原子雙鍵結構改變為單鍵結構，而相鄰的碳原子的形式電荷為+1，維持三個鍵。這種低能量分子結構構咸信形成一種離子的傳輸途徑，特別是在催化氫氣的過程中。在一燃料電池的架構下，我們發現氫氣分子在接近上述脫鎂葉綠素的半衍生態時，氫氣分子會被拉開分成兩個氫離子並因為化學電動勢而釋出電子至外部電路。故此半衍生態脫鎂葉綠素屬於重要的燃料電池催化劑，而全衍生態脫鎂葉綠素則是反應後氫離子的逸出通道。 貳、本研究係由懷疑脫鎂葉綠素的氮原子具有吸附氫氣的特性開始，藉由第一原理量子力學模擬軟體之計算以發現可能的機制與能量變化，最後透由實體實驗加以定量。實驗分做對照組和實驗組，對照組的氫氣吸附體是空白宣紙，實驗組之氫氣吸附體為沉積脫鎂葉綠素的宣紙，而氫氣的來源是由電解產生，實驗環境在常溫常壓下進行。藉由氫氣感測器來監測浮游於空間中氫氣量的變化，發現對照組氫氣量維持穩定，24小時僅下降0.42%，而實驗組則有明顯減少，在24小時內共減少1.12 mmol的氫氣分子，約28.4%，亦即吸附速率為46 μmole H2/hr。在釋放氫氣量測的部份，將吸附氫氣的脫鎂葉綠素宣紙以逐步加溫方式釋放H2，兩個溫度感測器分別量測頂部與底層的溫度數值做平均，實驗從室溫的25.1、36.2、48.4、60.3℃階梯上升，每3個小時調整一次溫度，溫度與釋放速率的關係為分別為26、62、114 μmole/hr。加溫釋放氫氣實驗出現大約在48℃左右出現一較高的釋放速率梯度。總釋出量約為原總吸附量的35%。 參、目前已知的電磁感應發電模組皆利用磁性材料與磁感應線圈間之磁力線切割動作來產生電能，再將電能儲存於儲電裝置。其過程中需提供一持續的外力使兩種材料保持切割磁力線狀態。本研究在於提出並探討如何減少外力的提供次數及提升發電效能的新方式。吾人設計並開發一種具有自動上鍊機制的發電裝置，能在攜帶、或震動的過程中藉由內裝的轉動擺陀來持續提供所需的外力。此裝置包括上鍊擺陀、磁性元件及磁感元件。上鍊擺陀做動時可旋緊發條儲存動能，磁性磁感元件共有兩組，第一磁性磁感元件位元於上鍊擺陀，隨上鍊擺陀做動而產生電能；第二磁性磁感元件置於傳動軸，隨傳動軸旋轉而產生電能。目前以銣鐵硼磁鐵做為磁性元件直徑=15mm、厚度= 2.5mm，發電頻率為21 Hz，單一磁感元件的輸出功率約為7.7 mW。

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雙通道導模共振感測器系統開發

本論文為提出使用相移干涉術來偵測相位變化之雙通道導模共振感測器系統。本系統使用LabView自動化程式來控制整個量測系統，包括控制液晶片使偏振光產生特定相位偏移並使用網路攝影機做影像擷取與處理，來實現相移干涉術，而每量測一次需拍攝5張影像所需時間為13秒。導模共振感測元件製程是以聚二甲基矽氧烷(PDMS)經由軟微影技術製作翻印模仁，再利用奈米壓印技術結合溶膠凝膠法在基板上製作二氧化矽(SiO2)光柵結構，之後在表面濺鍍一層400 nm厚的二氧化鈦(TiO2)高折射率材料而形成導模共振元件結構。雙通道腔體是利用3D列印技術印製雙通道模具，再將PDMS注入模具後翻印製成，最後將腔體與導模共振元件結合為雙通道導模共振感測元件。系統驗證實驗之待測物選擇葡萄糖水溶液，以不同濃度對應不同折射率，藉此產生共振角偏移，造成相位之變化，並經由改變架構中相移干涉儀之分析鏡的角度來做靈敏度的調整，靈敏度最佳約可達6.2E-5 RIU。

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使用紫外光壓印與3D列印技術之平面式光學元件實作研究

一般光學元件多採用射出成形或熱壓成形的製作方式，在製造程序上過程需要較昂貴的模具製作與設備投入且製造時間長，但卻無法預測實際的光學設計結果，只能以光學模擬分析軟體初步預測其光學元件成形後的光學效益。 本論文以導光與集光元件為例提出一個快速的光學元件製作方法，在導光模組的設計為雙邊對稱結構且導光板底部v-cut結構為30角度；在集光模組的設計為透鏡層曲率半徑為3mm，厚度d=2.0mm，導光層的光柵方向為雙邊方向之結構，本研究提出利用表面平整度接近光學等級的壓克力元件結合3D列印技術製作母模，並以聚二甲基矽氧烷(PDMS)製作模仁，配合利用紫光壓印成型成功製作出光學元件，利用此新的方法，可以大幅降低在光學元件開發中所損耗的時間與成本。

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運用正交極化光於共路徑頻域光學同調斷層掃描

低同調干涉儀（Low Coherence Interferometer；LCI）是以麥克森干涉儀為基礎的技術，具備非侵入式、高解析度和高靈敏度的特性。當LCI的光源進入樣品時，由於樣品介質的不同，在樣品中的光路徑長度也會不一樣，且光程差小於光源同調長度時即產生干涉。 在本論文中，我們提出了一個改良的共路徑頻域光學同調斷層掃描系統架構，可以獲得兩組相位移的正交極化光，利用相位移演算法消除不必要的訊號達到兩倍的量測範圍，並且改良光路上的設計，使我們可以量測出未知樣品的厚度。換句話說，我們提出改良共路徑頻域光學同調斷層掃描可以一次性且全域的量測光學樣品的厚度。

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結合光纖雷射與混合式極化/光分碼多工於無線光通訊之研究

本研究係採用一種基於頻譜振幅編碼之光分碼多重擷取(Spectral Amplitude Coding Optical Code Division Multiple Access,SAC OCDMA)的架構，並加入了極化多工(Polarization Division Multiplexing, PDM)的方式，使用者的編碼器與解碼器均以光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)完成，並以光纖布拉格光柵為基礎的並聯式多波長光纖雷射作為使用者的編碼器光源，在使用者編碼配置完成後，利用EOM加入不同的類比信號，並在自由空間(Free Space)中發送訊號，並用同一組路徑進行傳輸。 本研究的Free Space架構在一般常溫空氣介質下實現，該架構能將使用者訊號分成水平極化狀態(0°，180°)與垂直極化狀態(90°，270°)，並傳送到與使用者極化狀態相匹配的水平端解碼器或垂直端解碼器。在本研究中，加入極化多工的方式，即使使用者編碼字串重複也不會互相干擾，因此解碼端可以不受多個使用者所產生的多重擷取干擾(Multiple Access Interference, MAI)影響，這讓使用者訊號在解調時會有清晰的訊號頻率，此優點可以讓我們在編碼時有更靈活的配置與應用。

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濺鍍機系統及製程改良與其應用於透明導電膜鍍銅之研究

本文研究係針對水平式濺渡實驗設備之設計缺陷以及沉膜產出效率瓶頸，並加以改造設備並製程條件再優化。其改良層面分為兩大部份探討，在原設備無RGA氣體分子監控下，利用透明導電膜軟基板烘烤退火後，置入真空腔體驗證PET膜及載具之水氣分子含量，水氣越多將越影響到抽氣效率和金屬濺渡沉積之阻抗及附著力，藉此改善影響因子。 機構面：增設一組真空腔體具備加熱器及渦輪分子幫浦之設計，目的為減少(ITO)透明導電膜軟基板在進入濺渡沉積腔體前，藉由腔體上方加熱器熱烘載具及基板並配合渦輪分子幫浦於中真空下有效再減少水氣分子，以達成最佳之抽氣速率。 製程面：在PET受熱容許範圍下（>160℃，表面溫度過高，濺渡成膜後Film易受冷熱應力翹曲），進而調整最佳參數條件，新腔體真空加熱作業時間為75sec，基板表面受熱溫度平均105℃，渦輪分子幫浦製程作業下真空壓力可到達<7.0E-2Pa。 最後將改造後之水平式濺渡實驗設備運用於電容式觸控面板薄膜製程，使用ITO透明導電膜基板來濺鍍銅(Cu)金屬薄膜並調配最佳化沉積速率及均勻性參數，輔以原子力顯微鏡(AFM)可用來推導出銅薄膜表面特性及其膜厚；掃描式電子顯微鏡(SEM)對銅薄膜表面微細結構觀察及分析；四點探針(低組抗率計)量測銅薄膜表面阻值。由實驗結果數據獲得最佳銅薄膜沉積速率為14mm/sec、銅阻抗<0.3Ω、高附著力，且薄膜產出效率提升49.6％。

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銅線導入積體電路IC構裝之技術開發

本篇論文要探討的是IC半導體(Integrated circuits,IC)構裝，金線轉換銅線製程的技術延伸，探討材料轉換是否造成銲線作業上品質良率的差異，並且以實驗來證明製程轉換的可行性。 本次研究的線材材料是使用銅線線徑20μm的線徑材料，在實驗測試過程中觀察製程轉換時金線與銅線製程的差異性，文中也有介紹銲線機作業原理及分析銲線作業動作概論，並且將參數導入銲線機進行相關的實驗測試。 首先本次的實驗可以分成幾個重點觀察，第一為金線製程的參數導入銅線製程後與機台是否能順利運作，並且測試時是否能順利展開作業，作業過程中會造成什麼樣的材料物理變化，這些問題本次論文會有相關性質的研究說明，第二為觀察銅球銲黏在晶片(PAD)鋁墊的特性，並且利用電子顯微鏡觀察球型的變化，及導腳上的魚尾紋縫點的黏著性延展效果，第三為導出最佳的銲線作業參數完成後，確認觀察銅球球型、厚度大小、弧形高度與折角、及魚尾紋外觀上的缺陷檢查，並且針對銅球規格不良、魚尾紋銲黏效果不佳等異常情形，在排除設備異常後朝向參數做為修改。最後實驗結果中，利用銅球推力及縫點拉力所呈現出來的數據證明，銅線製程在銲線作業的可行性。

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矽基板與PDMS晶柱構成之光子晶體內結合波導與共振腔之濾波特性分析

光子晶體是以不同折射率的介質以週期性排列而形成的結構，其具有光子能隙的特性，能夠阻隔特定頻率的光在其內部傳導，而我們可利用其使用之介質、排列週期、結構等來設計出不同光子能隙之結構，並在結構中製作點缺陷及線缺陷，形成波導與共振腔結構，會產生濾波或分波的效果，利用此特性可以製作不同功能的光學元件。 本篇論文主要以光子晶體設計軟體(Crystal Wave Ver. 3.2)進行模擬於矽基板上蝕刻孔洞後填入PDMS材料，主要研究分析內容是利用平面波展開法計算不同孔洞半徑大小、孔洞間角度等條件下結構的光子能隙，並找出可利用的光波長能隙範圍。而後將少部分孔洞移去形成線缺陷成為波導與共振腔結構，並以時域有限差分法計算後比較不同結構所產生的共振腔之濾波特性，以找出可應用於光通訊中的濾波器元件結構。

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以光柵模型結合D-型光纖之光纖布拉格光柵濾波感測研究

光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating, FBG)的特性使得它一直是感測領域的研究重點，如體積小、成本低及抗電磁干擾等，不過目前多以直接將光柵成形於光纖內的方式製作FBG，本研究中使用光學全像干涉微影技術(Holographic Interference Lithography)及黃光微影技術(Photolithography)將布拉格光柵成形於PDMS (Polydimethysiloxane)上，並將光纖固定於凸型結構上以研磨技術製作D型光纖，同時以SLD (Superluminescent Diode)寬頻光源與光功率檢測器觀察其功率變化，之後再將帶有布拉格光柵的PDMS覆蓋在D型光纖上製成簡易感測元件。 本研究成功的將布拉格光柵與D型光纖耦合，並以可調式雷射(Tunable Leaser)與光循環器進行量測與紀錄，將之研究與探討。

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磷摻雜氧化鋅奈米柱同質接面光感測器之研製

本研究以氧化鋅奈米柱同質製作光感測器為研究主題，利用便宜且簡單的水熱法，對氧化鋅進行摻雜不同濃度的磷，研究如何成功製作穩定並且特性良好的P型氧化鋅，再堆疊未摻雜氧化鋅，使之形成PN接面，完成一同質光感測器，以減少晶格不匹配等等造成的失真。其主要研究大致可分為兩個大部分： 第一部分：使用射頻磁控濺鍍機在玻璃基板濺鍍上一層氧化鋅薄膜作為種晶層後，放入配置有不同重量百分比之含磷溶液中生長，待生長完畢，即放入去離子水清洗表面，清潔完表面後，使用快速熱退火試片進行處理，接著透過霍爾量測(HALL)、二次離子質譜儀(SIMS)、穿透式電子顯微鏡(TEM)及能量分散光譜儀(EDS)對磷摻雜之狀態進行分析，並探討濃度摻雜是否良好，隨後使用X光繞射頻譜圖分析(XRD)、紫外光-可見光分光光譜儀(UV-VIS)、螢光光譜儀(PL)，對磷摻雜氧化鋅奈米柱進行分析，探討出特性較佳的濃度。 第二部分：將特性較佳之磷摻雜基板放入溶液中，使用水熱法生長氧化鋅奈米柱，堆疊於磷摻雜氧化鋅之上，形成PN接面，接著使用環境掃描電子顯微鏡(SEM)進行表面結構分析，分析後於氧化鋅奈米柱上塗上銀膠，當電極使用，並且使用太陽光模擬量測與IV量測系統進行參數分析，比較可以發現摻雜濃度對於元件影響非常大，摻雜太多會使得特性下降，摻雜太少又會使得特性無法出來，故磷摻雜之分析對往後元件影響非常深遠。