中央大學機械工程學系學位論文
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本論文以設計開發小型側聚光元件，將之應用於行動電源裝置為目標。選用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為聚光元件材料，運用PMMA之折射率特性，設計V型反射溝槽，於不同反射位置產生不同角度的反射面，藉由這些反射面將光線在PMMA中反射至側邊。以軟體計算輔助反射面之設計，且運用光學軟體模擬分析結果。 所設計之聚光元件製作完成後，量測該元件之實際表面輪廓。我們使用光學顯微鏡做為加工後表面輪廓的測量工具，量測加工造成的導角、偏移公差、表面鍍膜反射率等數據，以重新在光學軟體中建立模型，並且模擬分析加工後之結果。在效率量測方面，將聚光元件放置於太陽光模擬器中，量測I-V特性，得到實驗實際功率，並與模擬結果進行分析比較。最後將數個聚光元件組成一個充電模組，並將所得到的電能充入行動電源裝置，以驗證此側聚光型太陽能電池系統之效能。
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本論文的目的在於開發出具備自動導航功能的二輪式載具，本文提出了結合了T型路徑內差前饋和PI回饋的循跡控制演算法，並基於此演算法開發出二輪式載具用的運動控制器，搭配上行車電腦、雷射測距儀、伺服馬達和伺服馬達驅動器共同實現自走車自動導航的功能。目前研究已完成了系統之機構、硬體設備以及控制軟體，並在模擬和實際環境的測試中驗證了自走車路經追蹤的功能。
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本研究使用電子迴旋共振化學氣相沉積系統(ECRCVD)製備磊晶矽薄膜，並使用光放射光譜儀(OES)監測電漿物種變化，四極柱質譜儀(QMS)監測電漿中自由基之濃度。藉由改變製程功率、製程壓力、氫稀釋比以及磁場共振位置，並佐以橢圓儀、拉曼光譜儀來分析薄膜之厚度和結晶性，最後將電漿量測結果以及薄膜特性相互比對，了解電漿內部之反應機制，以建立電漿診斷平台。 實驗結果發現製程功率的提升可以使沉積速率增加，但是高功率環境下薄膜之結晶程度會降低。製程壓力的提升會使薄膜沉積速率以及結晶率有上升的趨勢。若增加氫稀釋比，製程中氫氣的蝕刻機制會使薄膜上的結晶率增加，但同時會降低薄膜之沉積速率。最後，藉由調整ECRCVD主磁場電流，可以改變電漿共振區在腔體中的位置，愈大的主磁場電流可使共振區越靠近基板，因此會提升薄膜之沉積速率，但由於離子轟擊的現象會降低薄膜之結晶率。 本研究整合OES和QMS來建立電漿診斷平台，利用其來解析ECRCVD 中電漿之組成以及各粒子間之反應機制，並藉由改變各項製程參數來了解對磊晶矽薄膜沉積速率以及結晶性之影響。
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本研究完成 FC150 灰口鐵鑄件的物理性質量測與分析,實驗材料為六和機械 提供的 Y 型標準鑄塊與煞車盤;探討灰口鐵物理性質與鐵水澆鑄溫度、溫降、是 否通過流路系統等之間的影響。研究內容包括:(1) 使用 Stead 試劑與熱鹼腐蝕 的方法,根據試片取樣位置綜合比較不同鑄件於不同澆鑄溫度時顯微組織的變化。 (2) 比較不同鑄件的熱性質,包含比熱、熱擴散、熱傳導、熱膨脹係數等。(3) 藉 由超音波檢測法建立不同鑄件的超音波波速、超音波衰減率與共晶胞大小之關 係。 由實驗結果顯示:(1) 灰口鐵的片狀石墨皆隨著澆鑄溫度降低而變長、共晶 胞尺寸隨澆鑄溫度降低而增加。(2) 由金相組織觀察與特徵長度得知,Y 型鑄塊 片墨型態較粗大且片墨比率較少,煞車盤片墨型態較細小且片墨比率較多。(3) 最 佳澆鑄溫度範圍約為 1400°C 至 1420°C 之間。 (4) 兩種鑄件的比熱和熱擴散係 數對於不同溫度的變化趨勢相近。(4) 熱傳導係數受片墨面積分率與型態影響甚 鉅。(5) 超音波衰減率隨著共晶胞尺寸增加而增加。(6) Type A/ Size 2-3 石墨可得 最大的衰減率,並有助於提高煞車盤的制震能。
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在半導體產業中，通常利用智切法(Smart-Cut)製作絕緣體上矽材料(Silicon on Insulator；SOI)，製作流程如下：晶圓清洗、氫離子佈值、晶圓鍵合、退火以及化學機械研磨。上述步驟中，晶圓鍵合的階段是需要將晶圓為持在高溫的環境，使鍵合強度達到標準才可薄膜轉移；傳統高溫爐加熱費時且高溫時產生熱應力的問題，使良率降低，希望能透過微波解決。 本研究目的在透過常壓氮氣電漿活化矽晶圓表面，以增加鍵合強度，再施以微波處理，使矽晶圓受熱均勻來達到短時間高強度之鍵合，最後除了拍攝TEM外，又以TEM試片製作過程其中的步驟來檢測鍵合的強度。
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本論文主要針對不同間隙流體黏度及顆粒大小對於旋轉儀中潛變流的核心動態行為及顆粒傳輸性質進行探討。首先，利用不同比例的水及甘油調配出不同黏度的液體，並使用黏度計測量其黏度大小，接著藉由搖篩機篩出我們所需的顆粒尺寸範圍，最後進行三種顆粒尺寸及六種間隙流體黏度的實驗。實驗結果的部分首先使用攝影機進行長時間影像紀錄，藉此可分析計算出核心侵蝕率及相位領先率，再利用高速攝影機拍攝其運動過程並透過PTV進行傳輸性質之分析。 實驗結果顯示出間隙流體黏度及顆粒尺寸對於核心區域的顆粒潛變行為的影響是很大的。在核心動態行為的部分可以發現到，當間隙流體黏度越大時核心侵蝕率是越大的，同時相位領先率也會越快，且於乾系統時有較高的相位領先率。而於相同間隙流體黏度不同顆粒直徑時，顆粒越大侵蝕率會下降，相位領先率則會較快。至於在顆粒傳輸性質方面的結果則顯示，當間隙流體黏度越大，顆粒的平均速度、擾動速度和粒子溫度都會越來越小，同時在速度的變化趨勢方面也會越來越小，但在安息角角度及流動層厚度方面則會越來越大。當相同間隙流體黏度不同顆粒大小時，則是呈現顆粒直徑越大，剪應變率越小，特徵長度較大的情形，並且有較大的安息角角度及較小的流動層厚度。最後我們透過一無因次參數可以發現，核心侵蝕率與相位領先率對無因次參數分別是呈現不同數學模型的關係。
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有機金屬化學氣相沉積法（Metal–Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）為目前製作LED最重要的技術之一，各家廠商使用不同的進氣方式與腔體設計使得腔體中可以有均勻的熱流場，形成良好的薄膜成長情形。本研究採用COMSOL模擬軟體進行分析與設計，研究內容主要分為兩個部分，第一個部分為改善Veeco垂直式的進氣腔體中氣體利用率不佳的問題，透過三角導流板(triangular barrier)與水平出氣口的設計提升載盤上的平均薄膜成長速率、均勻性以及均勻面積，使得Veeco腔體可以有更佳的氣體利用率。第二部分為改善Aixtron水平式進氣腔體中自旋機構因顆粒堆積造成穩定性不足需要停機維修的情形，透過H2 / TMG進氣口檔板、斜面邊壁設計以及弧面邊壁設計，使得Aixtron腔體在不需自旋機構的情況下，可以擁有好的平均薄膜成長速率、均勻性以及較大均勻面積。
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人體的骨骼形成起始於成骨細胞及骨髓間葉幹細胞(BMMSCs)，其會受到培養表面的影響。雖然骨組織在受到創傷後具有再生的能力，但修復的能力卻不一致，且可能產生不良的功能與結果。目前，有一些不同的方法來促進骨頭修復，如外固定或在骨折處加入無機鹽結晶來增進癒合。然而，若損傷區域太大或是骨質疏鬆患者，其破骨細胞的能力大於成骨細胞的能力，則修復能力將受到不同程度的限制。因此，在某些臨床的狀況裡，如骨質疏鬆，增加成骨細胞和前趨細胞的生醫材料工程或許是必要的改進，而在全世界人口老化趨勢下，骨質疏鬆已經是一個龐大的臨床問題。 組織工程是結合生命科學以及工程原理的一個新興學門。有越來越多的學者開始著手進行這方面的研究，其中探討機械物理因素對於細胞分化生長的研究近來也引起廣泛的注意。 近年來許多新的研究發現幹細胞具有高度分化的可塑性，而分化的主要決定條件之一在於幹細胞所處的微環境。目前的研究主要針對生化因子 (例如生長因子、細胞激素、藥物等等)對幹細胞分化的影響，但現在逐漸發現，組織工程材料或是物理因素對細胞也可能具有很重要的影響。 本研究從人類胎盤純化出多功能的細胞(PDMCs)，此細胞有能力分化成所有三個胚層的細胞表現型，其中包含成骨細胞。PDMCs的優勢是可方便容易取得大量的細胞，且不需藉由侵入性的方式就可以獲得細胞來源，與骨髓間質幹細胞有所不同。而且PDMCs 擁有免疫抑制的特性，在同種異體治療的應用上應該是可被高度考慮的。 所以，本文的特定目標為探討靜水壓力影響PDMCs成為並增進具有分化成為成骨性質的能力。我們覺得這些細胞可以是成骨細胞的前驅細胞之好的來源，本文的研究數據可能會有針對骨質疏鬆治療的關連性，以及在未來提供實際的臨床價值。
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近年來，生物可降解材料在醫學界備受矚目，原因之一是其能夠在植入後於人體內自行降解，不需藉由二次手術取出，減少病患進出醫院的次數。本研究將選用鎂、鋅、鈣為合金系統主元素，皆為人體內原有之金屬元素，以此製成非晶質合金後，期具有良好的生物相容性，同時，具有和骨骼相近之楊氏係數，可應用於可降解之骨科駐植物。然而，鎂鋅鈣非晶質合金在常溫下呈現脆性、工程性能較弱，因此實際應用於需載重之骨科駐植物上仍有困難尚待克服。本研究選用Mg64Zn31Ca5合金系統為基材，添加微米級鉭顆粒與球狀鈦六鋁四釩顆粒製作出非晶質合金複材。實驗結果顯示，鉭顆粒與基材結合情形較鈦顆粒良好，可有效提升其壓縮破裂強度，基材抗壓強度由890 MPa 提升至941 MPa，相較於添加鈦顆粒的782 MPa為高。但由於兩者皆無法有效阻擋Shear band傳遞所以沒有明顯塑性產生。
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鐵基非晶質合金又稱於非晶質鋼材(Bulk Amorphous Steel, BAS)，具有 優良玻璃形成能力、高強度、高硬度、耐磨耗以及良好耐腐蝕特性，相較於 其他金屬玻璃，如鋯基、鈦基等，鐵基非晶質合金擁有更高機械強度且低製 備成本，但由於其韌性較低，在應用上仍有限制。 本研究以Fe-Cr-Mo-C-B-Y-Co 為主要成分，根據金屬玻璃形成之三大 準則及微量添加法，選擇添加不同原子百分比延性金屬:鉭(Ta)配製出系列 合金，並以真空吸鑄法製做出直徑2~4 mm 的非晶質複合棒材，在冷卻時碳 化鉭析出成為非晶質合金內的第二相，使得鐵基非晶質合金之整體韌性獲 得改善，其破裂韌性數值有效提升至10.2 ± 0.9 MPa∙m^1⁄2，相較於未添加延性顆粒之基材有顯著提升(5.13 ± 0.9 MPa∙m1⁄2)，並以此複材製作取皮刀刀片進行刀具銳利度分析。 同時，本研究也以直流磁控濺鍍法鍍覆鐵基金屬玻璃薄膜在取皮刀刀 片上，透過取皮模擬測試以及BSI測試刀片切削性能。經過15 cm取皮測試 後，鐵基金屬玻璃複材取皮刀、鐵基非晶質鍍膜300 nm、400 nm膜厚取皮 刀、商用取皮刀的刀具銳利指標(BSI)數值分別提高至0.35、0.49、0.49、0.53， 由此驗證出鐵基金屬玻璃複材取皮刀耐磨耗能力佳，經取皮測試後仍保有 優良的切割能力。