清大研發新材料 助電池更小更輕續航佳

手機等3C電子產品當道，產業極力追求體積更小、電量更高的電池，清大團隊研發紅磷材料，有助於提升鋰電池充電量，能做出更小、更輕、續航力更佳的電池。

清華大學化工系教授段興宇的團隊研發出全新電池材料「摻碘的紅磷奈米粒子」，更用它做出全球第一個紅磷為負極的全電池，也就是可實際使用的電池，研究成果登上國際期刊「Nano Letters」，美國化工界影響力最大的科普雜誌「美國化學化工新聞」（C＆EN news）也撰文報導。

段興宇表示，鋰離子電池廣泛使用於3C商品，但一次充電能使用的量遲遲無法提升，關鍵在於負極使用的石墨材料電容量已達極限，過去曾有學者想以理論電容量達石墨7倍的磷來替代，但磷雖然可蓄存的電量高，但幾乎不導電，即使好不容易把電充進去，只要充放電幾次，磷材料就會因急劇膨脹而破碎。

團隊耗時1年多，實驗數百種材料後，終於發展出溶液合成法，使用三碘化磷為原料，在室溫下只要5分鐘就可合成出「摻碘的紅磷奈米粒子」，電導率瞬間提升為原來紅磷的100億倍，且這種新材料在經過數百次充放電後，仍然穩定不破裂。

論文第一作者、清大博士生張維中透露，成功關鍵在於「反向思考」，以往研究人員嘗試合成奈米磷化物時，多使用高溫下才能釋放磷的前驅物，他在一次偶然實驗中，試用沸點較低的前驅物「三碘化磷」，產生意想不到的效果，因此重新設計實驗，成功在室溫下製造摻碘的紅磷奈米粒子，也是全球首例在室溫下合成出紅磷奈米材料。

段興宇表示，磷是地表上最豐富的元素之一，便宜易取得，使得新材料的潛力無窮，若改用摻碘的紅磷奈米粒子，可做出更小、更輕、續航力更佳的新材料電池，目前團隊已著手申請專利，未來將嘗試把摻碘的紅磷奈米粒子應用在鈉離子電池上，希望降低大型儲能電網的成本與提高可用的電容量，為新一代電池研發帶來革命性突破。1060411

工研院超音波貼片 搶攻全球穿戴商機

個人行動穿戴式裝置日趨普及，若要能監控生理訊號、甚至提供醫護人員參考數據，仍要更精準與進階的技術。以往用於治療復健或監控的超音波裝備，體積都相當龐大笨重，在經濟部技術處支持下，工研院結合生醫與電光技術，首度研發出超音波貼片裝置，將超音波探頭微小化，並整合心率、血壓等20種生理參數，「走到哪、照顧到哪」，就像隨身攜帶家庭醫師般安心，目前國內業者已規畫上市，將搶攻穿戴式心血管照護設備數十億元美元市場。 對心血管疾病患者來說，術後的心率與血壓監控相當重要，目前醫院專用的超音波監測設備大都龐大昂貴，病患只能在院內才得以獲得完善照護。不僅如此，以往有睡眠障礙的民眾，都要在醫院睡眠門診睡上一晚，才能有完整的數據提供醫生確診；現在只要使用工研院生醫所研發的「貼片式超音波心血管輸出計」，不用在醫院，也可以掌握自己的身體狀況。 「貼片式超音波心血管輸出計」是由工研院生醫所專案組長吳國瑞團隊所研發，是國內第一個可作為監護裝置的非侵入性心血管功能參數量測技術，可量測包括最大血流速度、心臟輸出功率、血管阻抗、心臟血液輸出量等20種參數。在量測動作完成後，這些參數可藉由藍芽即時傳輸至手機平台，再結合貼片式超音波探頭與無線傳輸行動裝置APP軟體轉譯後，提供醫師評估人體血循環與心血管狀況。 吳國瑞說明，「貼片式超音波心血管輸出計」結合穿戴式超音波感測器與Android App兩部分，感測器僅如一張名片大小，比市面上大約A5紙張的控制器輕薄許多；而超音波探頭直徑約2.3cm厚度約0.5cm，就像一元硬幣一樣，才能像隨身攜帶家庭醫師般「走到哪、照顧到哪」。 不僅如此，以往有睡眠障礙的民眾都要赴醫院睡眠門診睡上一晚，才有完整數據提供醫生確診，如今只要戴上「貼片式超音波心血管輸出計」，在家就可以紀錄睡眠數據，更方便也更即時，避免醫療人員干擾病患睡眠與休息，簡化心血管疾病監護流程。吳國瑞指出，「貼片式超音波心血管輸出計」兼具安全、快速、準確，不但成本較現在醫院設備便宜數十倍，更重要的是可即時監測術後病患的心率與血壓，簡直就是居家照護與疾病監控的好幫手。 吳國瑞補充，「貼片式超音波心血管輸出計」未來可應用在醫院病患監護與遠距健康照護兩大領域，包括小兒科、加護病房手術後監護、高血壓病患監護、心臟衰竭監護等。目前已帶動關鍵組件約2億元產值的產業效益，也已有300萬元技術授權，已與太醫生技、台灣可樂娜、英特盛展開合作推廣，預計今年取得醫規產品上市許可證後即可販售，未來將可帶動國內產業投資超過2,000萬元，並引領國內超音波產業進入年產值超過23億美元的國際市場。

工研院自主研發的「貼片式超音波心血管輸出計」，國內第一個可作為監護裝置的非侵入性心血管功能參數量測技術。（工研院提供）

太陽能電池 可噴在窗戶上

太陽能電池 可噴在窗戶上

2017-04-07 23:50 經濟日報 編譯／任中原

圖／法新社、網路

全球多所大學及機構研究太陽能電池新材料「鈣鈦礦（perovskite）」的商業化迭獲進展，英國牛津（大學）太陽能公司並預期，2018年底便能推出符合產業界需要的薄膜型產品。未來在大樓窗戶上或休旅車上裝太陽能電池，只要「用噴的就可以」，價格也將比目前的太陽能板大幅下降。

鈣鈦礦轉變成晶體結構後，可用來將陽光轉化為電力。與溶劑混合並形成薄膜狀態，可以塗抹並留存在多種表面上。由於技術不斷進步，不久後這種新電池便可噴或刷在汽車頂、大樓窗戶及牆壁上。

鈣鈦礦的用途最早是日本桐蔭橫濱大學教授宮阪力發現。當時一位研究生對於實驗各種材料的光電轉換效率甚感興趣，於是他們為太陽能板測試了多種材料，但當時他們還未聽過合成晶體這回事，也對鈣鈦礦的結構所知甚少，業界普遍認為矽就是最佳的材料。

經濟日報提供

宮阪力表示，「我們被《自然》（Nature）與《科學》（Science）等期刊打回票，我猜想是因為鈣鈦礦的光電轉換效率（即太陽光轉化成電力的比率）太低，而且許多人從未聽過這種材料。我們在許多場合都討論鈣鈦礦，但毫無回饋。99%的人都不了解材料的結構，因此決定不予理睬」。

等到2009年宮阪力對這項材料的研究首次在美國化學學會月刊上發表後，情況開始變化，並掀起研究熱潮，原因是研究證明鈣鈦礦的效率比原本想像更高。

到2012年情況獲得重大突破，光電轉換效率首度超過10%；跨過這道門檻後，吸引許多大學及機構跟進，歐、美、亞洲首要大學為使這項材料商業化也正展開激烈競爭。世界經濟論壇已將鈣鈦礦選為2016年10大新興科技之一。

現在鈣鈦礦在實驗室內的轉換效率已經超過20%。雖然傳統太陽能電池的效率略高於25%，但已經15年未再提高，而鈣鈦礦的效率仍在迅速提高中。全球參與這項研究的人數也超過1萬人。

澳洲新南威爾斯大學去年12月宣布，在面積達到16平方公分的表面塗抹鈣鈦溶液，效率達到12.1%，締造大面積電池的最高效率水準；之前雖曾獲得較高的效率，但塗抹的面積較小。

洛桑聯邦理工學院（EPFL）去年9月指出，在鈣鈦礦中加入銣元素以提高穩定度後，效率可達到21.6%；日本Panasonic也是這項計畫的參與者。

圖／法新社、網路

美國史丹福及英國牛津大學去年10月也宣布，他們研究的效率達到20.3%；作法是將兩枚鈣鈦礦電池堆疊在一起，分別吸收低能量與高能量的光波。

日本東京大學也由日本政府資助，與多所大學及Panasonic、富士軟片等企業共同進行研究。

這項進展已使鈣鈦礦電池商業化的可能性大為提高。牛津太陽能公司表示，正在開發的薄膜狀鈣鈦礦太陽能電池可以直接印在矽質太陽能電池上。執行長艾佛當表示：「我們預期在2017年底時就能有符合產業界要求的產品；再經過認證及生產等程序，第一批商業化產品可能於2018年底推出」。

挑戰Tesla】$49萬台灣電動車 650km續航力勁過P100D

全新台灣電車品牌Thunder Power，其實是由台灣昶洧股份有限公司所創立，公司以生產電動工具、電動馬達以及零組件起家。兩年前於法蘭克福車展首次展出首部電動車作品Thunder Power Sedan後，這車被台灣車評譽為「台灣之光」。日前Thunder Power Sedan在香港舉行亞太區首展，並宣佈香港是亞太區總部，而廠房則設在大陸及西班牙巴塞隆拿。雖然正式開始接受預定，但預計2019年才開始生產，感覺有點像買樓花，不過Tesla開初時賣車亦如是。http://hk.apple.nextmedia.com/realtime/supplement/20170404/56516801

記招中所展示的是Road Test版本的Dummy Car，他們強調是意大利Dallara及德國CSI團隊協力設計新車。採用模組化底盤設計，即可以此底盤生產最多車款，下一個目標應該是SUV。這部車的圓渾外貌十分像概念車，尺碼長闊高是4,967×1,920× 1,458mm，軸距則有2,994mm，而車重是1,900kg。有些台灣及外國車評就評它過份前衛，由三個圓圈組成的鬼面罩就是它的品牌標記，亦有台灣車評說它像蚊香，大家接受程度好壞參半。不論車身尺碼、電量性能、續航力都是衝着Tesla Model S而來，性能備有兩種電池選擇，容量最大是125kWh，馬力最高可達576匹，0-100km/h加速只需3.1秒，而續航力卻有650km，比Model S P100D還要強。標準充電模式充電由6小時起，視乎你所選擇的電池容量。不過定價未連稅也要49萬元，以台灣排頭來說未算特別吸引，相信難以吸引太多車主冒險。

坐入車廂，內櫳跟外形同樣科幻，第一觀感是光禿禿甚麼都無，走less is more的設計，有埋天幕頂天窗配合，前後排座椅的空間感也很大，而手枕的中控台按扭設計亦算創新。中控台有兩個大屏幕，連同錶板前的小屏幕合共有三個屏幕，整個中控台都沒有實體鍵，不過觸控屏幕就暫時未有得試玩。第一次親身接觸過這部新電動車後，結論是概念好好、設計好漂亮，不過它的手工就有待改進了。

Thunder Power Sedan規格：
馬力： 由200kW(268hp)至430kW(576hp)
電池容量：由85kWh至125kWh
續航力：650km
0-100km/h： 3.1秒
車價：$490,000起（未連稅）

AI有小孩般的好奇心　義大利機器人iCub會自主學習

▲義大利團隊推出的機器人iCub，外表如同4歲兒童。（圖／翻攝自Human Resource Management System）

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義大利研究機構（Instituto Italiano di Tecnologia，ITT）研發的小型機器人iCub，大小如4歲兒童，可愛的外表十分討喜，不僅能依照教導執行指令，還具備孩子般的好奇心──能自行設定目標，主動學習。

▲義大利研究機構（Instituto Italiano di Tecnologia，ITT）研發的小型機器人iCub的示範影片。（影片／取自YouTube，若遭移除請見諒）

iCub高102公分，體重25公斤，看起來與4歲兒童差不多大，個子雖小，身上有76個關節並由53個馬達驅動，能做出細緻動作，多種感測器提供它視覺、聽覺及觸覺；iCub會說禮貌的英文，能運用臉部的光表達自身的情緒，和人類保持自然的互動，並其中學習。

ITT研究人員Julien Jenvrin說iCub的設計宗旨，「就是要跟人類與環境溫柔互動」，它能透過身上的感測器探索世界，進而學習各種語言、技巧，甚至發展出更複雜的認知能力。

▲機器人iCub，大小如4歲兒童，可愛的外表十分討喜。（影片／取自YouTube，若遭移除請見諒）

Jenvrin還表示，「iCub最美妙之處在於它是個開放性架構的機器人」，這意謂著全世界的研究人員都能下載模擬器，開發新的應用程式，讓iCub掌握更多與外界互動的能力。

iCub在日本的年度嵌入式技術大會（Embedded Technology）亮相時，迅速地擄獲眾多粉絲；並且還在義大利才藝表演節目Italia's Got Talent登場，表演做瑜珈，逗得全場觀眾哈哈笑。原文詳見：http://www.limitlessiq.com/

透明軟性電子皮膚可由PV電池供電

• 2017年3月28日
• Julien Happich

英國研究人員開發出一種基於石墨烯的軟性電容式壓力感測器，兼具觸控與壓力感測功能，並可進一步擴展，為機器人與義肢等應用提供完整的觸覺反饋…

英國蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究人員設計出一種基於石墨烯的透明軟性電容式觸控感測器，不僅提供觸控偵測，還搭載了壓力感測功能。由於它是透明的，所以觸覺感應層可堆疊在剛性或軟性的太陽光電(PV)電池上，從而在操作時自動供電。

研究人員在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊發表「自供電、軟性且透明的觸覺皮膚」(Energy-Autonomous, Flexible, and Transparent Tactile Skin)一文，揭示一種看似簡單但製程高度可擴展的新途徑，可望實現創新的電容式壓力感測器。研究人員有信心可進一步擴展，為機器人與義肢等應用提供全面的觸覺反饋。

實際的電容式觸控感測器是由PVC基板上(125μm厚)的單層石墨烯共面交叉電容(IDC)電極組成，並連接至沉積在電極邊緣的鈦/金(Ti/Au；10nm/100nm)觸點。在蝕刻出銅箔之前，先透過熱層壓過程(以及最初在石墨烯生長的銅箔)將單層石墨烯移植到PVC基板上。接著，金屬觸點沉積在石墨烯層的邊緣(使用電子束蒸發和遮罩)，最後再用電腦控制的繪圖儀刀鋒將石墨烯圖案化至交叉電極。

軟性且透明的石墨烯觸控感測器，厚度僅125μm

感測器由自旋塗層於石墨烯通道頂部的25μm厚聚合物層(PDMS)完成。最終層不僅用於作為可變形介電層，還可封裝該元件。研究人員嘗試各種不同的電極圖案，最終取得方形曲線，使其具有最大化的電容響應以及各種壓力。http://images.eettaiwan.com/dbe7eae4-edad-4ea9-bf13-2fb9a83fac1c.jpg

為了表徵這種新型的電容式感測器，研究人員發現它在各種壓力下都具有穩定的反應；相形之下，傳統的共面或分層結構只能感測觸控存在或不存在，而無法感測壓力。他們還發現壓力靈敏度主要可歸因於PDMS介電質常數在壓縮(由於聚合物的多孔結構)時的變化。

有趣的是，在0至60kPa的壓力範圍內，經測試的感測器靈敏度呈現些微變化，但保持在相同的數量級：0～20kPa為9.3×10-3kPa-3；20～60kPa之間為4.3×10-3kPa-1，壓力超過60kPa時的靈敏度為7.7x10-3kPa-1。

為了證明感測器在實際電子皮膚(e-skin)應用中的可用性，研究團隊將其整合在先進仿生手的中間和近側指骨處，並透過簡單的讀取介面電路設計並建置在軟性聚醯亞胺PCB，從而將石墨烯感測器的電容變化轉換成電壓。他們能夠展示即時壓力映射，如仿生手臂抓住一個軟球，並用讀取電路實現即時觸覺反饋迴路，控制手的捉取程度。

具有觸覺反饋能力的仿生手捉取一個軟球(左)。而在圖右，圍繞在中間和近側指骨的電容式感測器的顏色圖表示讀取電壓調變。插圖是用於控制抓取力(相對於感測器讀數)的邏輯圖

為了實現自供電的解決方案，研究人員將透明感測器堆疊在商用非晶矽太陽能電池頂部。研究人員證實，儘管在這次的實驗中採用39.6x22.9mm2電池，可供電160μW cm2，感測器在觸控期間分別消耗了31W和55nW。感應層僅消耗超低功率——20nWcm2，比PV能量採集的供電更少了10倍左右。

在太陽能電池頂部堆疊石墨烯透明觸控感測器

研究人員的結論是，大型的透明感測器採用軟性且可拉伸的PV電池堆疊，不僅提供了自供電的電子皮膚，還能經由儲存多餘電力或用於驅動致動器，從而有助於為機器人等系統提高效率。這些感測器也可用於開發功能性服飾，包括頭盔、手套等應用均可從中收集有用的壓力資料。