【活動花序】2019年台灣精密工程學會年會活動~圓滿落幕



【重要公告】台灣精密工程年會-漢民科技論文競賽/大專專題競賽 得獎名單

張貼者:2019年12月2日 上午12:16台灣精密工程學會   [ 已更新 2019年12月2日 上午12:18 ]


【李家同】為什麼老是小人物要負大責任

張貼者:2019年10月7日 上午1:32台灣精密工程學會

昨天在媒體上看到普悠瑪號司機的發言,我實在有點難過,因為普悠瑪事件,好像最重要的問題在於司機有沒有錯。我並不是要替司機說話,因為我沒有資格如此做。但是火車出事,難道當初設計這種火車的公司沒有責任嗎?飛機出事,飛機公司難逃其責,通常政府會設法研究飛機究竟在設計上有沒有犯錯。最近一次波音公司飛機所造成的空難,波音公司一直在檢討。很多國家包含印度在內,都說他們不完全放心波音公司的檢討,他們要請自己的專家檢討那種飛機設計上有無問題。

普悠瑪號出事以後,我至少沒有感到設計普悠瑪號的公司對這件事情的任何反應。也沒有看到我們國家的專家對普悠瑪號的設計有詳細的調查報告。每次飛機出事,各國政府都會對出事飛機的安全問題有詳細的調查報告。

走私香菸到目前為止,也只有一位少校被起訴,開車的小兵也被起訴,我就不懂,小兵一定要服從上級,不然也完蛋。服從了以後又被起訴,小人物真難為也。

總統的車隊當然有一位指揮官,當時的這位指揮官知道有運香菸的車子要插隊,事實上,總統的車隊不是普通的車子能夠加入的。每一輛車子都要經過檢查,也要記錄司機是誰,坐的人是誰,裡面有沒有任何不恰當的東西。這位指揮官絕對不可能是那位少校,可是只有少校被起訴。

誤射飛彈,也說是一位小兵的錯。

一個國家是要靠小人物的,如果我們國家沒有這些小人物在默默地工作,我們看得到高樓大廈嗎?每次一座橋的通車典禮,只看到大人物剪綵,沒有人對那些汗流浹背的築路工人講幾句感謝的話,可是出了事,常常小人物倒楣。這實在不是一個好的現象。希望國家社會能夠注意這一點。

美國有的小兵在阿富汗戰場上死去,他的遺體通常用專機送回。總統會到專機停的地方,向他的棺木致敬,而且葬禮也相當隆重。義大利在阿富汗只有很少的兵,可是有一次有幾個小兵被打死,他們的葬禮在羅馬的大教堂舉行,隆重之至。

我們國家曾經發生過SARS危機,如果醫生或護士因此而死亡,會有隆重的追思。但有一位看護因為照料SARS病人而去世,醫院知道這件事,但是沒有任何追思。

我知道靜宜大學的規矩,如果有教授或學生去世,學校會有隆重的追思彌撒。可是如果有工友去世,也會有隆重的追思彌撒,儀式完全一樣。

我至少希望不要在不幸事情發生以後,將一切責任歸到小人物身上。

 

【李家同】一個值得我們驕傲而且學習的科學研究

張貼者:2019年10月7日 上午1:30台灣精密工程學會   [ 已更新 2019年10月7日 上午1:56 ]

先前,我介紹了一個農業方面的研究,這篇文章是“為台灣加油打氣專欄(191)抗病植物的育種”,我認為這個研究是值得我們驕傲的,也值得大家學習。

首先,相信大家都知道,植物育種不是一個耀眼的研究項目,遠遠比不上AI、大數據、量子計算等等,可是這對我們國家的農民是非常有用的,也的確幫了農民的忙。

育種並不是一個非常新的學問,可是要將一個已有的觀念做到實用的階段,並不是件容易的事。比方說,我們知道某一種電子電路是根據什麼原理的,但是要做到完全實用的階段,絕非易事。這個計劃是抗病植物的育種,在實驗室裡做出抗病的某一種農作物並不夠的,最後研究的結果不僅能夠抗病,一定是要可以在台灣的土壤中生長,結的果實好看、好吃而且可以大量生產。這個計劃最後是的確培養出實用的抗病農作物,這是相當了不起的事。

最使我感動的是,這個計畫耗時八年之久,也就是說,我們的農業專家肯很有耐心地做這個研究,而且他們的上司也沒有急功好利,要求他們在短期內做出結果來,好讓政府官員知道。

急功好利是最不應該的想法,做出一個農業或者工業產品在實驗室也許沒有太大困難,可是要做到可以商業化的程度,往往需要非常長的時間。很多教授可以提出一個新的觀念,可是要使這個觀念落實,很多公司會花上四、五年才能成為商業化的產品。

政府不能只成天希望大家有新的觀念,而應該也鼓勵科技研發者做實用化的研究,意思是說,有些觀念存在已經很久,可是只有先進國家能夠將這些觀念實用化。就以電子電路來說,我們知道很多高規格電路的原理,可是政府並沒有鼓勵我們的工程師將這些原理實用化。因為我們事實上還是有很多線路未能做出,即使做出來,也比不上先進國家。令我感到遺憾的是,政府並沒有鼓勵我們的研究員做這一類將觀念實用化的研究。

我們應該感到欣慰的是,我們還是有一些人肯默默地做一些不耀眼又需要很長時間的研究。希望政府重視這一類的研究,大力支持這一類的研究,不要過份地強調那些耀眼的研究。

更希望大家知道的是,我們國家絕對沒有在空轉,我們有相當多的國民在替我們國家做事,我們應該感激他們,也對自己的國家要有更好的信心。不要老是唱衰自己,妄自菲薄。

 

為台灣加油打氣專欄(191)抗病植物的育種

蔬菜中,番茄、辣椒和茄子是很重要的農作物,可是這些農作物也會感染青枯病,青枯病會使得這些農作物完全死掉,它是一種細菌造成的,到目前仍然無藥可治。

    我們國家的研究員設法找到一種抗病的茄類品種,但是往往這個品種雖然抗病,卻又大多不好看、不好吃,而且產量也不多,農民不會接受這種品種的。所以我們的研究員就採取嫁接的方法,所謂嫁接,是將兩顆不同的植物,一個在上,一個在下。

做這種研究的步驟大致如下:

  • 找到一種外國來的茄子
  • 在我國的農地找到青枯病的細菌,但是這些細菌必須是有代表性的。
  • 用一種技術使從外國來的茄子發病,找到某一種品種是抗病的。
  • 以上是在實驗室中完成,所以現在要開始在田裡做實驗,以確保這種品種在田裡生長時是能夠抗病的。
  • 植物生長需要時間,所以要觀察植物從幼苗到成熟。做一次這種實驗要半年。
  • 得到在田裡生長、也能抗病的品種以後,就要開始雜交,以保證品種的健康。首先要做的是自交,所謂自交,就是讓同一植物的雄花粉落入雌蕊柱頭。如此好幾代,所得到的品種就非常均一。但它們的體格都不太好,所以要再做一次不同自交系的雜交。這種雜交的結果使得優勢可以明顯,植物的產量因而提高。

    我們嫁接的方式是茄子在下,上面可以接番茄和茄子。每年生產100萬苗種以上,使得我們國家農作物的青枯病問題得以改善。

我要強調,這個研究時間長達八年,這一類的農業研究不可能在短期內有結果,實驗室內也許很快有一些初步的結果,可是在田裡的實驗是要花費很長時間的。至於雜交的過程更是要花時間,所幸我們國家有一些對改良農作物極有興趣的科學家,虧得他們有耐心,也有學問,使得我們的農民得到很多的好處。

 

【活動快訊】2019下半年學校演講資訊

張貼者:2019年10月7日 上午1:18台灣精密工程學會


 演講時間 演講者 演講主題 地點
 2019/11/21 張志逢
東捷科技股份有限公司處長
 精密機械開發經驗分享 台南市永康區南台街一號(南臺科技大學) KK214演講廳
 2019/10/24 國立清華大學動力機械工程學系

 What “Smart Mobility” in Future May Look Like and Their Technology 清大/工程一館107室
新竹市光復路二段101
 2019/12/20 國立中興大學精密工程研究所

劉柏良

 我國航空工業發展與精密工業轉型升級 台中市南區興大路145號 應用科技大樓6
 2019/12/26 國立清華大學動力機械工程學系

李昇憲

 應用於智慧製造之微機電振動感測模組開發 清大/工程一館107室
新竹市光復路二段101




【李家同】為台灣加油打氣專欄(190)家蠅的利用

張貼者:2019年9月17日 上午12:23台灣精密工程學會   [ 已更新 2019年9月17日 上午12:26 ]

我們通常認為蒼蠅是害蟲,可是現在越來越多人認為蒼蠅是有兩個用途:(1)可以分解廢棄的食物,製造有機肥、(2)在結蛹前取出,變成動物的飼料。

    關於第一點,相信大家都知道,所以我就不談了。我現在要介紹的是農業專家培養家蠅的研究工作。

     首先,當然要引進家蠅,一旦引進以後,就在控制室內不讓家蠅跑出去。

     要給受到控制的家蠅特別的物質,使得家蠅可以產卵到產卵盆上。產卵盆上必須提供適合家蠅產卵的條件,比方說,要在產卵盆上放入潤濕的乳粉。

 家蠅產卵以後,我們要將所有的卵蒐集而且定量。然後再將卵接種到某一種物質上,使卵孵化成為蛆。這種物質是蛆的食物。 

在五天以後,蛆還沒有結蛹,我們可以將牠蒐集、烘乾,變成動物的飼料。這種飼料沒有與人爭食,不會造成糧食的問題。 

蒼蠅是一種昆蟲,在世界上有各式各樣的昆蟲,牠們都是可以被利用的,當然這要有科學化的控制。在很多先進國家,家蠅的培養是大規模的。我們的農業專家也已經很成功的知道如何控制家蠅,而且能夠利用家蠅解決很多環境污染的問題,同時產生動物的飼料。要知道,這種飼料是符合衛生安全的,這是一個很有趣的問題。 

從事這種工作的專家們是很少被人注意的,但是我們總應該知道他們的存在。因為他們是典型默默工作的科學家。

【李家同】我的教育專欄(203)我們應該正視學生程度下滑的問題

張貼者:2019年9月16日 下午11:49台灣精密工程學會   [ 已更新 2019年9月17日 上午12:29 ]

我注意到教育界有很多教授們非常忙碌於如何改變入學的辦法,他們的確花了很多時間做了很多研究,可是令我感到失望的是,教育界忽略了一個現象,那就是學生程度在下滑的事。

 

有一次,有一位工學院的教授出了以下的數學題目:

 

 

這實在是一個非常容易的題目,但是令這位教授大吃一驚的是,絕大多數他的學生不會做。

 

我本人熱衷於類比電路的設計,我找到一位好厲害的教授,他什麼都會,所以我就求他幫忙,他也願意,但總要找一位學生來做線路設計的模擬。我們找到了一位,他做得相當好,兩年以後,他畢業了。這位教授又找到了一位學生,可是這位學生畢業以後,他告訴我他再也找不到任何學生可以做複雜類比電路的設計。對這位教授來講,這是相當難過的事,因為他空有一肚子的學問,但完全無用武之地。

 

我再講一個故事,有一位教授發現了一篇五年前的碩士論文,是有關於使用電腦來產生音樂的,這篇論文當然牽涉到了一些傅葉爾轉換,他覺得這篇論文很有趣,他也想繼續地做這一類的研究,可是他現在找不到任何一位研究生能做這種研究。對現在的研究生而言,傅葉爾轉換太難了。

 

我們國家所需要的科技人員絕對不是僅僅能夠操作和維護儀器的人,我們更需要對工程原理非常了解的人。我們的電機工程師對於複雜的類比電路無法設計,那就只能永遠用先進國家賣給我們的晶片。如果他們不賣,我們就無法做出非常高級的設備。所以,我們應該要能夠培養眾多的好工程師。

 

我們學生的程度的確在下滑之中,這其中原因很多,我必須說,多元入學絕對是一個問題。我在教一位學生的時候,發現他的程度實在不夠,原來他是靠保齡球打得好進大學的。因為程度不好,我實在不相信他將來能夠做什麼研發工作。

我上學期教一門課,最後的分數結果,第一名是一位陸生。他的總分是96分,但他不是中國名校學生,說實話,我一直記不得他所唸的大學名字。但是他的程度如此之高,實在令我替我們國家感到憂慮。

 

教育部官員的觀念是相當重要的,如果教育部的官員一直在入學辦法上打轉,或者大談素養等等不切實際的理念,而不注意學生的程度,那麼學生的程度會繼續下滑。我希望我們整個社會都注意這件事。我們不要輕易地將學生程度下滑歸罪於某一個因素,而應該好好地認真研究,為何學生程度下滑。也應該認真研究,如何提升學生的程度。

 

我曾經寫過一封信給全國的大學校長,告訴他們學生的英文程度是有提高的空間。現在我可以告訴各位,沒有一位大學校長回信,我知道這是什麼原因,教育部反正也不關心學生的程度,大學校長當然也不需要關心學生的程度了。

【李家同】為台灣加油打氣專欄(189)鋰電池保護膜

張貼者:2019年9月16日 下午11:45台灣精密工程學會   [ 已更新 2019年9月17日 上午12:30 ]

我們最近從媒體上看到很多航空公司禁止某些存在消防安全隱患的電腦上飛機,理由無非是這些電腦的電池可能會出現過熱甚至產生燃燒爆炸的危險狀況。飛機上是絕對不能有東西爆炸的,所以如何使得電池更加安全,乃是一件重要且必須解決的事。

 

我今天要介紹的是一種我們國家工程師所研發出來的保護膜,這種保護膜可以使鋰電池比較不會發熱而爆炸。我首先要說明為何鋰電池會發熱。

 

鋰電池裡面並不是只有鋰,其實鋰電池裡面的正極活性材料粒子是一種多成分金屬氧化物,高鎳型三元鋰正極材料除了鋰以外,還含有鎳、錳和鈷,而鎳的含量不低於50%,現階段佔比更要求在80%甚至更大;不過,隨著鎳含量的提高,雖可提增電容量,但熱穩定性及循環性能均會變差,也有安全性的問題。高鎳三元鋰正極材料表面含有大量的鎳離子(Ni2+Ni4+),導致材料呈氧化性,在受到電解液的接觸侵蝕產生反應,過程中會放出氣體和熱,造成電池的膨脹及發熱,且會觸發鋰離子和溶劑與鋰鹽產生化學作用,這種化學作用是不好的,它會產生很多化合物,這些化合物會逐漸聚在正極材料表面形成不好的沉積複合膜層,導致電阻上升和性能下降,且也有錳離子溶出的問題,使得鋰電池的作用受負面的影響,如圖一所示。

 

圖一 鎳錳鈷系三元鋰正極材料受電解液接觸侵蝕的作用示意圖

 

我們的工程師因此先要製造一種薄膜,披覆在正極材料表面,能夠穩定其結構組成,減少受電解液侵蝕而產生的氧化還原反應作用,有效抑制不好的SEI膜層之形成和錳離子的溶出。這種薄膜的厚度是奈米級的,必須小於10奈米,1奈米等於十億分之一米。這種薄膜的主要成份是BMI型態高分子化合物,BMI是一種航空用的材料,如圖二所示。

 

圖二 BMI高分子膜層可防護鎳錳鈷系三元鋰正極材料受電解液侵蝕作用示意圖

 

BMI可以抓住很多的金屬離子,使他們不會跑出去和溶劑起化學作用,但是又可以讓鋰離子離開,因為鋰離子的半徑是非常小的。這種薄膜還有一個非常好的特性,那就是溫度到了攝氏180度,薄膜所有的孔會自動關閉,鋰離子當然也就不能離開。整個電池就不會產生電了,不產生電,當然就不會產生熱。

 

現在要談一下這種薄膜是如何做成的,這是一種高分子化合物,麻煩的是,它當初造的時候是要讓薄膜緊黏貼覆在正極材料表面的,所以工程師必須要知道正極材料的鹼度,因它會影響到反應性及結構性質;而且正極材料裡面其實有很多的孔隙,會左右所添加的濃度大小,所以還要先測量孔隙的數量多寡,這是可以用一種儀器得到的,知道了這些參數以後,工程師要經過很長時間的實驗及驗證,才能決定整個製程的最優化溫度、時間,以及BMI的濃度。任何一個製程的參數有誤或失真,所做出來的薄膜厚度就不可能控制在奈米尺度,尤其是在10奈米以下的均勻薄膜。

 

設計和做了第一層薄膜以後,為了穩定第一層薄膜並強化安全性能,必須再加一層比較厚的膜,尺度約在50~100奈米,這種膜為BMIBTA所組構的高分子特殊3維度多孔隙結構體,對鋰電池而言,具有安全防護的功能,如圖三所示。


圖三BMI/BTA高分子膜層可穩定第一層薄膜並強化導電及安全性能示意圖

 

BTA是一種生醫用材料,能快速捕捉鋰離子,平常穩定在BMI/BTA組構的分子結構中,不容易單獨遊走,因此不會影響到鋰離子的傳輸;不過,當電池發生異常現象,如溫度超過150oC或是產生電流過大情形時,BMI/BTA組構的分子會啟動反應,將結構緊縮產生閉孔,阻斷鋰離子的傳輸管道,同時也會釋出BTA,以捕捉大量的鋰離子,使得鋰離子完全不能自由移動。鋰電池若沒有鋰離子的持續遊走,就不會再產生電流了,所以電池受到保護,不會出現因過熱或過電流所引發的燃燒甚至爆炸的情形,電池也就更安全了,這是一種安全措施。大家不要以為電池不會發生電流過大的現象,其實這是很容易發生的,因為任何電池在同樣的電壓下,如果電阻過小,電流就會大,有時使用者不小心使得電池發生短路狀況,電流就會忽然暴增,電流暴增當然會引起高熱,這是相當危險。有了BTA,會減少這種事情發生。至於BTA為何有這種功能,其作用機理複雜相當難懂,我就不解釋了。

 

相信大家一定會問,為何要有兩層膜?假如一開始就用了第二層膜行不行?其實是不行的,理由是若第二層膜與正極材料直接接觸,會產生負面影響的反應副作用,而間接損耗正極材料表面的鋰含量,造成電容量的損失。可是第二層膜對第一層的BMI沒有惡感,可以和它合作,這是有其技術性、技巧性和總體效能的設計考量。

 

天下沒有十全十美的事,第二層膜絕對對於導電是不利的,所以第二層膜內要加上導電材料如石墨、石墨烯、導電碳管、奈米碳球等等,這些玩意兒會因靜電效應而容易聚集在一起,我們必須不能使它們結坨,因此要用適當的分散劑。分散劑的種類相當之多,適用的介質屬性和分散效果各有不同,用錯了也是不行的。

 

還有一點,石墨等等這些東西都是所謂的無機物,BMI+BTA屬於有機物,無機和有機有接著的問題,所以又要加適當的接著劑。

 

以上講的都是正極材料部分,負極材料的做法也是雷同類似。

 

我們的工程師使得鋰電池的放熱量減少了30%以上甚至達到50%,這絕對是可以提高安全性的。還有一個實驗,那就是在高溫攝氏55度的環境下,循環壽命從原來的700~800次提升到1200次以上。因此,這個發明在2016年得到國家發明獎,更於2017年在國際上得到了有科技業奧斯卡之稱的全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),。

 

希望大家知道,任何成就都需要工程師努力的,這些膜的製作成功,時間長達四年。也希望大家知道,這種研究牽涉到化學,當然也牽涉到材料,都不是容易的事。我們有這種肯認真工作而又有耐心的工程師,是值得慶幸的。

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