第150期 2019年4月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:李翔傑教授  主編:林筱文  發行日期:2019.04.30
 
 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2018  系列報導 ~

【2018 第十一屆兩岸光電科技博士生論壇】

(The 11th Cross-Strait Ph.D. Student Forum on Photonic Science and Technology, 2018)

(時間:107年11月7日至11月11日;地點:臺灣大學

【之四】

撰文:光電所博士班學生古庭安

很榮幸有這個機會可以參加與南京大學交流的學術會議,曾經聽所上一位資深教授說過:南京是他走訪過許多大陸城市中,對臺灣最為友善的一個城市,我雖然沒太多與大陸人士交流的經驗,但這次,我覺得交流的過程中沒有太大隔閡,大家都和樂融融、相談甚歡,為期五天的活動雖短,卻也留下許多美好回憶。這次我們尤其要感謝擔任隊長的周昂昇同學,幾乎大小事他都一手統籌,台風穩健的他擔任主持人第一棒,讓大家知道該怎麼做才能熱絡整個會議場面,也因為那些參加過的同學分享許多經驗,還有所有參與人員100%配合,我們才能夠讓南京大學的老師、同學們滿載美好回憶和各種臺灣名產,盡興歸國。

 本次文化參訪的行程雖然只有短短一天一夜,但我們還是盡力安排,希望讓南京大學的老師、同學們盡興而歸!所以我們把握所有可以利用的時間,在會議結束當天,傍晚六點連衣服都沒換就搭車前往花蓮,不過大家似乎都很興奮,沒有露出任何疲態。

 大家在等車時還意猶未盡,互相討教會議的內容

大約晚間九點,我們才到達住宿地點,一到房間,同學們就馬上把正式服裝換成輕便的休閒服,準備去東大門夜市好好體驗臺灣特有的夜市文化,很可惜我當天晚上因為個人健康因素沒辦法陪同他們去逛逛,而且當天晚上花蓮還下著大雨呢!但是同學們的熱情是大雨也澆不熄的,近十二點時,看他們個個很滿足地提著大包小包回到房間,我就放心了,看來天公不作美,還是可以自得其樂!

隔天早上依然下著大雨,我們在飯店餐廳吃豐富的臺式Buffet,原定計劃是早上七點就要出發前往砂卡礑步道,改成九點才出發,不過也好,他們又有更多時間可以去買名產了,畢竟他們真的身負許多任務,要幫家人、學弟妹、學長姐採購呢!吃早餐時,我們互相分享兩岸的食物,他們很驚訝我們的雞蛋是白色的,他說他們的雞蛋都是紅蛋殼,我想應該與雞的品種有關,還有一件事我很訝異,他們沒有吃地瓜葉的習慣,跟我們大不相同。

往海邊出發時,依然是下著雨,但是愈往海邊移動,天光就漸漸透出雲層,沒想到當我們抵達太平洋公園,海面上已經放晴,只剩中央山脈的方向有雲層聚集,大家平常一定都有做功德,才能如此幸運!這裡是最適合看大海的地方,南京的同學們看到海都很興奮地按快門,我們當然也要發揮地陪的最大功能,盡量幫他們多拍點美照,讓他們能夠及時發動態到微博炫耀一番。

 

 

 南京大學的愛珍同學、曉慧同學以及拿著單眼努力幫大家拍照的光旭同學

第一個景點大家就已經覺得值回票價了,第二個景點也讓大家看海看個夠,我們來到了七星潭,不僅可以遠眺清水斷崖,又可以到旁邊的四八高地去走走,不過似乎沒什麼人想走過去,老師們也都走得有點累了,所以大家聊聊天、拍拍照,就往午餐地點出發了。

下一站我們到了砂卡礑步道,這個步道是日治時期日人為了在立霧溪下游設置水力發電廠,沿著岩壁開鑿的施工道路,目前太魯閣國家公園管理處將此施工通道改造成讓民眾能夠親山近水的步道。因為每個人腳程不一樣,所以大家三兩成群一邊聊天一邊欣賞秀麗的風景,沿途大陸同學們常會被各種不同的植物吸引,臺灣因為緯度較低、加上四面環海,造就出豐富的林相。雖然臺灣面積不大,但是也因為這樣,到哪都很方便,他們很羨慕我們能夠一下到海邊、一下就能上山,這是我們最引以為傲的特色!

 

走在平緩的步道上,隨處可見色彩分明、層層皺摺相疊的山壁或是岩石,老師、同學們也開始討論起各種地理現象的成因,岩石為何會變形?什麼樣的應力造成如此的皺褶?這其中就隱含著物理,當處於深處地層中那些可塑性強的岩層受到板塊運動擠壓,就會產生彎曲變形,每一塊岩石上都有不同的皺褶,值得靜靜觀賞,甚至發揮想像力加諸不同的形象。

 另外有一件趣事可以與大家分享,南京的同學們幾乎人手一隻小米手環,他們說走了這段步道,一定可以進“步數榜”前幾名,他們還說,只要去看某人線上同步的步數有沒有在增加就知道他是不是起床了,要是我,寧願不用手環,因為這攸關個人隱私呀!

 這次博士生論壇我也與一些同學聊開了,一路上不停討論兩岸的文化差異,年輕一代對生活、婚姻、事業的想法,發現相同年齡層的我們其實沒有太大的隔閡,例如最近吵得很火熱的同性婚姻合法議題、環保議題,很多同學都抱持著開放尊重、包容異議的態度,聽到他們這麼說,我打從心裡覺得很高興,對我來說,這也是除了學術研討、專業知識以外更充實的收穫和意義,這個世界會因為有這些好人而變得更好。

回到花蓮市區,大家還是把握可以購物的每一刻,每個人都提了大包小包到車站集合,到了火車上,導遊將鐵路便當發送到每人手上,但是很多同學居然累到連便當都沒吃,直接倒頭就睡,看來一天一夜的花蓮行還是挺消耗體力的,舟車勞頓加上步行距離也蠻長(應該有走到六公里),真是辛苦大家了!

 雖然最後一天只剩上午可以利用,我們依然盡力滿足所有南京同學的願望,帶他們到故宮參觀。到了故宮,因為是假日,果然人山人海,尤其是幾個熱門的展廳,連擠都擠不進去,但大夥兒都很配合地跟著導覽人員的動線移動,沒有脫隊的情況發生,也都很守規矩,不能照相的展廳絕不會拿相機、手機出來。

 南京的同學們都很認真聽導覽、很興奮地拍照

出乎我意料之外的是,他們沒能看到翠玉白菜,因為剛好被台中花博借去展出,大家都覺得非常可惜。我發現他們真的對這些文物很有興趣,導覽過程中,他們都看得目不轉睛、驚嘆連連,每個人都一直按快門,他們問我們常不常來故宮參觀,我們都搖搖頭,他們露出不可置信的表情,覺得我們身在福中不知福,說要是他們的博物館裡有這些東西,他們一定常常去參觀!也因為這次文化參訪,我才認真看了一些歷史課本裡提到的文物,像是王羲之的平安何如鳳橘三帖、西周晚期的毛公鼎、雍正時期的各式彩繪瓷器…等有名的文物,我相信大家都收穫良多!

 這幾天以來,謝謝兩校師長們的籌劃組織和細心關懷,還有所有參與的同學們,很榮幸能夠參與這場充滿知性與感性的學術及文化交流,我獲益匪淺,我會珍視與南京同學們的緣分,不管是在生活上或是在學術、課業上,保持聯繫、互相砥礪!

 

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

【之三】

撰文:光電所碩士班學生宇德安

不像在臺灣的學生有兩年的時間做研究,參與EMSP計畫的學生,都是從第二年才選擇碩士論文主題並開始研究,一年的時間內要選擇題目、了解一個新的主題、回顧文獻、設計研究內容、著手做實驗、分析實驗結果和撰寫論文並準備口試,在時間上是十分緊湊的,必須安排好實驗的計畫。口試分為兩個梯次,六月底和九月初,如果在五月底前完成碩士論文,就可以在六月底口試,如果不幸實驗來不及完成,就會延到九月初口試。

九月初,我們抵達了比利時當地,和VUB這邊負責的秘書Majorie見面後,我們才拿到了碩士論文題目清單,由於EMSP是由根特大學和布魯塞爾自由大學共同主持的計畫,碩士論文題目清單中會有兩所大學開給學生的題目,我們這年在VUB這邊的題目約有14個,根特大學提出的題目則較多。

VUB這邊負責EMSP計畫的秘書Majorie和負責教授Heidi都十分友善,在給我們碩論清單後還主動跟我們約時間討論,向我們詳細解釋每個題目,根據我們的背景和興趣推薦適合的題目,並且在討論後也馬上幫我們約該題目的教授討論,之後也針對我們的題目推薦我們可以修哪些相關的課程,在我們初到比利時的這段時間提供了我們很多協助,讓我們感到十分溫暖。

在VUB的碩士生進行研究時,除了有一到兩位指導教授(promoter)外,還有一位實驗室的學長姐(supervisor)實際指導實驗儀器的操作和討論研究的細節。在上學期確認實驗題目後,由於大部分的重心仍放在修課上,研究的部分主要在於回顧文獻和設計實驗架構。值得一提的是,在上學期過後會有一個期中的研究進度報告,指導教授會邀請其他教授一起聽我們報告研究的目標和目前的研究進度,並針對之後研究的設計給予一些回饋,這部分對我後面的實驗設計來說幫助很大。

我研究的題目是關於拉曼光學應用於肝細胞的主題,除了前面的光學系統設計會利用ASAP光線追蹤(ray-tracing)模擬軟體外,也需要架設、校正設計出來的拉曼系統,並結合醫學院夥伴培養的肝細胞做量測,整個題目涵蓋的範圍很廣,也跟我之前在臺大研究的內容完全無關,是個非常具挑戰性的題目。在研究過程中也遇到很多挑戰,很感謝我的指導教授和帶我的學長在過程中給我很多建議。

在研究進入尾聲時便開始撰寫論文和準備口試,口試報告更像是演講的形式,所有要口試的學生會輪流上台報告,台下除了有所上的老師外,全所的學生也會一起來聽口試。綜觀一年的研究,我感受到在EMSP計畫中,由於真正投入研究的時間僅有一年,教授給的題目和目標較為具體,自主規劃性較低,且一年的時間十分緊湊,必須善加規劃好研究進度。【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生游舜豪

在完成VUB註冊後不久,EMSP承辦人Majorie會給我們一個雲端帳號,進入後可以看見大約有14個左右的PDF檔,而每一個PDF檔都是碩士論文題目的研究內容簡介。簡介下方會有該教授或是supervisor的聯絡方式,我們如果對哪個研究感興趣的話,都可以利用下方的聯絡方式找到教授或supervisor,與他們討論研究的內容與細節。一般來說,在這裡一個教授只會收一個研究生,而我們收到題目的時候,有一些教授已經收了本地的碩士生,所以我們的選擇又會再少一些。而在VUB,這14個題目裡面其實有大概7到8個題目都與光纖有關,所以如果想要做其他的內容,可能在根特那邊比較有機會。如果想要聽聽那些教授的評價或是真的不知道要做什麼題目,可以向Majorie尋求協助。她會請EMSP在VUB的總負責人Heidi教授來跟我們說明我們可能適合哪些教授的題目,如果我們要求的話,她也願意幫我們邀請那些教授跟我們談談,而我後來的選擇就是透過Heidi教授推薦的人選。

在VUB有三個校區,依指導教授的不同,可能會去不同的校區做實驗。我主要做實驗的地方位於Gooik,已經離開布魯塞爾區了。從布魯塞爾到實驗室大概需要2個小時的車程,其中要轉一次輕軌與兩次公車。由於Gooik是比利時的鄉下,在那裡做實驗之外,其實是很乏味的。所以我都在午餐後的休息時間,拿著自己帶的水果或是番薯皮去餵鄰居庭院的山羊打發時間。

我因為要準備碩士論文的關係,在上學期選了七門課,下學期只有一門。所以在上學期的時候,研究上就以報告paper和做一些簡單的實驗模擬為主,在此建議在上學期就把碩論的Introduction寫完。而在期末考後,會有一個研究的期中報告,要與其他教授說明自己的研究大概會朝怎麼樣的方向去做,同時這也算是碩論口試的練習,然後才會到實驗室開始做實驗。大致在復活節假期後就要開始邊做實驗邊寫碩論,不然會有很大的機率寫不完。碩士論文必須要在六月中之前寫完並繳交電子檔給Majorie,然後再大概準備十天左右就會進行論文口試。在這段時間所有的事情都會集中在一起,要一邊準備口試又要一邊準備期末考,所以強烈建議下學期不要選太多課。

萬一在六月中沒有辦法寫完論文或者是實驗做不完,Majorie就會公布第二次的口試時間,一般都是在九月初,如此就會再多大約兩個月的時間可以把碩論完成。六月的口試會被分成兩天,一天會在VUB,一天會在根特,所有人都必須出席。而像我因為這一年都沒有修根特的課,所以我就利用口試的這次機會去根特大學的校區參觀。【精彩內容,下期待續~】

 

 從Majorie處得到題目介紹

 

 Gooik實驗室

 

 實驗室隔壁鄰居的羊,可以餵牠吃草

 

撰文:光電所碩士班學生林音妙

我在臺灣大學的實驗室主要以模擬實驗為主,因此在比利時想選與動手做實驗有關的論文題目。大概在抵達比利時兩、三個禮拜後拿到論文題目的清單,上面標註有題目、指導教授及實驗目標概述,選了三、四個有興趣的題目寄信給教授,等待回覆後進行面談。最後我選擇「Laser-written point of care optofluidic biochip in glass」,是在玻璃內以飛秒雷射讓玻璃折射率發生變化而做成波導,利用此特性進行光學設計,最終目標為能應用在生醫上的感測器。根特大學的科技園內設有無塵室,整個實驗幾乎都在無塵室裡進行。

 

 無塵室內部環境及學姊Ana

雖然剛開始接洽主要是與指導教授討論,但大部分的時間都是由博班學長Andres、學姊Ana帶我做實驗。從雷射曝光、蝕刻到量測,對於完全沒有進過無塵室的我無疑是一大挑戰,幸好學長姊們非常有耐心地教導我並從旁幫助我,讓我之後能自己操作儀器量測出最後的結果,並如期完成論文與口試。與臺大比較不一樣的是,這邊的進度及與教授的meeting是由自己規劃並與教授約時間,比較自主知道實驗進度的規劃,每次的進度報告教授都會予以建議並導正大方向,討論結果也都讓實驗能更順利進行並朝著當初所設的目標邁進。這裡的上班時間並沒有硬性規定打卡,但到下午五點半之後iGent內就鮮少有人,可見這裡的人很重視下班後的生活,教授也不會在假日或下班時間回信談論公事,大家都在適當的休息時間得到充分的放鬆。還記得要交論文前幾天剛好是帶我的學長Andres的生日,這邊的習慣是生日的人會帶蛋糕或食物與大家分享喜悅,他看我非常焦慮地在辦公室修改論文,還特地切一塊蛋糕到我桌上跟我說:「吃個蛋糕加速論文寫作哦!」,讓我覺得又好笑又溫馨。另外我的研究部門CMST也會舉辦一系列的活動,例如BBQ或運動比賽,部門內大家的感情其實非常融洽。

 與Andres及Ana合影  Andres的生日蛋糕

 一到五點就空無一人的辦公室

根特大學的口試在這學年度分為六月及九月兩個梯次,教授會依照實驗及論文進度幫你分配到不同的時間,每一梯次都是和布魯塞爾自由大學合辦,評審委員由指導教授安排,當天除了要口試的學生大約10位,也會提前公告給所內的人,讓對論文主題有興趣的學生和教授們入場,當天發表完後會開放提問讓學生進行答辯,最後再由評委與指導教授在另一個小房間討論決定學生的分數。

整體來說我很喜歡在根特大學的研究環境,也很幸運地遇到很細心又很願意討論的教授與學長姊,雖然對我來說幾乎是陌生的領域,不過遇到難解的困難只要提出,大家都很願意提供協助,例如我在預口試時,除了我的指導教授和學長姊,所內還有另一位教授聽聞消息主動到場幫我修正,他們甚至一頁一頁投影片從字體編排、內容以及我所闡述的方式及不清楚的地方都一一提醒。多虧他們的協助,讓我在這一年研究經驗上的收穫也很豐富!【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生黃郁庭

根特大學的論文題目是負責EMSP計畫的教授給我們的,我們這屆大概有五、六十個題目讓你自由選,原本應該早在開學前就選好題目,但我們那年由於命運多舛、水星逆行等各種奇怪的因素,是到比利時一陣子了才拿到題目,總之就選幾個有興趣的題目,再和教授談談定下來就差不多了!

因此我們必須在一年內同時修課、做研究和寫論文,還要定期出去旅遊,老實說是非常困難的任務。我選的老師是當初認識的學長推薦的,算是很年輕也很關心學生的教授,甚至他自己本身還要進無塵室做實驗,除了指導教授外還會有一位負責帶你的博班生,通常平常開會時就是和他們兩人一起討論。

我覺得國外的風格比較偏向要獨立思考與行動,老師和學姐只能給你大方向的建議,但細節仍然要自己去找資料與思考,而我們實驗室又比較不像臺灣會有團隊感,因此我從頭到尾都不知道自己的實驗室同學除了我室友還有誰,大家平常也不會聚在實驗室,也沒有個人的座位,我推測可能因為我的教授較年輕,不像經驗豐富的資深教授有比較多的資源,也不會緊迫盯人。

如果學弟妹不是自動自發的研究人才,最好還是選高壓的教授,這點可能跟在臺灣做研究差不多,不然身為國際學生,除了修課外我們還想要定期出去旅遊拓展視野,很容易比重失衡最後忙到崩潰,總之切記要認真就是了。

至於資源的話,我覺得這邊資金充裕,系館非常新穎也有許多讓員工休憩的空間,每層樓都有咖啡機和氣泡水機可以使用,也不定時會有零食或水果,會讓人覺得在這邊工作其實蠻幸福的。至於無塵室的話,個人是覺得也比臺大的規劃好,由於空間大上許多,不會顯得擁擠或礙手礙腳。

由於光電系館在郊區的緣故,那邊只有一間學生餐廳,中午才有營業且只有賣三明治等非常簡單的食物,優點是便宜,大概一份兩歐左右,不過缺點就是比較難吃。因此大家常常會走出去園區對面買三明治(沒錯,還是只有三明治店),麵包口感較好,然而一份價位大概在四歐左右,歐洲消費就是一分錢一分貨。如果不想吃三明治的話,通常會自己帶便當或是訂中國餐館,餐館一份大約六歐。

最後覺得一個有趣的現象是,相對於歐洲其他國家,其實平常走在根特的街道上,亞洲人的比例是相當稀少的,然而在系館可以發現亞洲面孔或是其他非歐系國家面孔比例大增,有時候在路上遇到還會主動跟你打招呼搭訕,可能是在國外,所以亞洲人很親切團結的關係,所以沒事多去系館也會多認識一些人,建議大家不要像我太常宅在家裡、或一直跑出去玩啊!【精彩內容,下期待續~】

 

 

 
     
 
 

Different surface plasmon coupling behaviors of a surface Al nanoparticle between TE and TM polarizations in a deep-UV light-emitting diode

Professor Y. W. Kiang’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 江衍偉教授

The formulations and numerical algorithms of a three-level model for studying the Purcell effect produced by the scattering of an air/AlGaN interface and the surface plasmon (SP) coupling effect induced by a surface Al nanoparticle in a two-polarization emission system to simulate the transverse-electric- (TE-) and transverse-magnetic- (TM-) polarized emissions in an AlxGa1-xN/AlyGa1-yN (y > x) quantum well (QW) are built. In reasonably selected ranges of Al content for an AlGaN QW to emit deep-ultraviolet (UV) light, the enhancement (suppression) of TE- (TM-) polarized emission is mainly caused by the SP-coupling (interface-scattering) effect. Different from a two two-level model, in the three-level model the TE- and TM-polarized emissions compete for electrons in the shared upper state, which is used for simulating the conduction band, such that either interface-scattering or SP-coupling effect becomes weaker. In a quite large range of emission wavelength, in which the intrinsic emission is dominated by TM polarization, with the interface-scattering and SP-coupling effects, the TE-polarized emission becomes dominant for enhancing the light extraction efficiency of a deep-UV light-emitting diode.

Fig. 1. Four structures for computing the TE- and TM-polarized radiated powers, including the intrinsic (IN) case in (a), the reference (RE) case in (b), the SP-coupling (SP) case without a SiO2 interlayer in (c), and the SP-coupling (SP) case with a SiO2 interlayer in (d).

Fig. 2. Radiated powers of the TE and TM dipoles normalized with respect to individual levels in the reference case based on either two- or three-level model. The curve of TE-2 (TM-2) corresponds to the ratio of pTE/SP-2 (pTM/SP-2) over pTE/RE-2 (pTM/RE-2). The curve of TE-3 (TM-3) corresponds to the ratio of pTE/SP-3 (pTM/SP-3) over pTE/RE-3 (pTM/RE-3).

 

InGaAs photodetector grown on InP substrate with InAsxP1-x metamorphic buffer layers

Professor Hao-Hsiung Lin’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 林浩雄教授

In this work, instead of traditional InAlAs metamorphic buffer, we used step-graded InAsxP1-x layers as the metamorphic buffer for InGaAs/InAsP SWIR photodetectors. InAsP is a mixed group 5 alloy and has the advantages of constant grown rate and low interaction parameter. An In0.69Ga0.31As photodetectors was grown strain-freely on top of the InAsP step-graded layers by MOVPE. Figure 1 show the RSMs for (004) and (115) reflections obtained from the sample, the In0.69Ga0.31As is almost fully relaxed through the using of InAsxP1-x step-graded buffer layers. Figure 2 is a cross-sectional TEM image of the buffer layers showing that misfit dislocations are confined in the buffer layers. No threading dislocation is observed in the In0.69Ga0.31As absorption layer. Figure 3 shows the I-V of a typical metamorphic InGaAs/InAsP detector with a dark current of 4.5×10-4 A/cm2 at -0.5 V, indicating the good quality of the epilayers. Figure 4 shows the spectral response at zero bias of a detector with a cutoff wavelength of 2.25 µm.

Figure 1. (004) and (115) RSM of InAsP/InGaAs/InAsP/InP structure.

Figure 2. Cross-sectional TEM image of InAsP/InGaAs/InAsP/InP structure.

Figure 3. I-V curve of a InGaAs/InAsP detector. Device area is 4×10-4 cm2.

Figure 4. Spectral response of a InGaAs/ InAsP detector.

 

     
 
 
論文題目:具多波長/偏振選擇特性之可攜式窄頻紅外光熱發射器與應用

姓名:黃偉倫   指導教授:李嗣涔教授

 

摘要

於金屬光柵的三層金屬/電介質/金屬結構中引入周期性佈置的混合電介質材料,實現多波長的侷域型表面電漿子紅外光發射器。橫向侷域型表面電漿子電場會往高折射率的區域集中,複合式侷域型表面電漿子的電場分布,類似於周期性排列的混合電介質層中的駐波模態,每個模態即對應不同階數的紅外光峰值。共振波長可藉由改變混合介電材料的組成與頂部金屬光柵的線寬來調變,也研究了紅外光元件的非色散發光和偏振特性,元件的紅外光熱輻射頻譜如圖一所示。波導型熱輻射發射器的介電共振腔內引入一嵌入式金屬光柵,實現第二種類型的多波長紅外光發射器,其具有波長和偏振的高選擇性。實驗量測的結果非常吻合有限差分時域分析的模擬結果。共振波長可藉由改變嵌入金屬條的週期,線寬,或位置來調變,也研究了多波長元件熱輻射發光頻譜的角度色散與極化特性,元件的紅外光熱輻射頻譜如圖二所示。本論文實現了具極化與波長可選擇性的可攜式紅外光發射器,其可替換不同波長的紅外光晶片可用於不同應用。將窄頻紅外光應用於探討人類嗅覺理論的實驗。氣味分子中的鍵結振動可以被具有特定波長的紅外光照射所激發,利用受到激發的分子鍵結震動研究對人體嗅覺的影響。

圖一、多波長侷域型表面電漿子紅外光發射器元件圖與其熱輻射頻譜圖

圖二、多波長波導型紅外光發射器元件圖與其熱輻射頻譜圖

 


 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、盧奕 —

奈米變大了

劍橋大學的團隊目前已證明了使用連續塗佈和封包的卷對卷、公尺級的羥丙基纖維素機械變色層壓材料(Nat. Comm. 9, 4632; 2018)。由於螺旋奈米結構,羥丙基纖維素(纖維素的衍生物)可以呈現布拉格繞射的顏色。結構的周期性(以及顏色)是對壓力敏感的,開啟了顯示器、感測器和其他應用的可能性。該團隊量化了壓力引起的色調變化,並研究了人體足跡的即時壓力分佈和時間演變(如圖一);可以使用標準相機讀取壓力圖,例如:內置於行動電話中的相機。

 

圖一、人體足跡的即時壓力分佈圖

通訊作者Michael De Volder告訴Nature Photonics,光子學和奈米技術中許多振奮人心的發展,經常因製造成本高而導致失敗。他們的主要動機是將先進的奈米材料之自組裝製程直接發展為可擴展的卷對卷製造技術。他解釋說,科學家們經常忽視如何在奈米尺度上製造東西,而他們的方法旨在克服實驗室示範和工業發展之間的「死亡之谷」。

「透過我們的Nature Communications論文中開發的製程,我們能夠製造由生物相容性聚合物製成的平方米級的機械變色材料,允許使用顏色跟蹤以進行低成本的2D壓力測繪」,De Volder解釋 。

根據De Volder的說法,材料在連續卷對卷塗佈機上的自組裝,是一種獨特的製程工藝,其中材料沉積和元件封裝同時實現。此外,使用簡單的手機相機可以讀出機械變色薄膜的壓力是另一個重要的實驗面向。

 

圖二、卷對卷製造HPC層壓薄膜。(a) HPC層壓薄膜的卷對卷製造示意圖顯示了以下序列程序:(b) HPC的槽模塗層;(c) 膠水沉積封邊;(d) 邊緣膠的UV固化,用遮罩屏蔽HPC塗層;(e) 用於最終封裝和重繞的層壓。(f) 紅色、綠色和藍色HPC層壓板的黑色PET背襯產品卷,HPC濃度分別為63,66和70%。

該工作中最具挑戰性的部分是控制奈米級的組裝,特別是因為降低成本而需要加強的塗佈速度。這意味著需要開發比「早期科學」階段通常所需更多的原始奈米顆粒更進步的技術。幸運的是,纖維素形成可以組裝的塊狀奈米棒。

De Volder解釋說,更廣泛的問題是挑戰奈米科學家從試管到現實的先進薄膜製作,並且需要非常廣泛的跨學科團隊。

「除了我們在製作可以觀察人們行走步態的變色膠片的功能性開發之外,這些光子薄膜膠片還可以用於監控橋樑、鈔票安全甚至變色衣服等工程結構。」De Volder還總結了團隊更廣泛的希望:「我們希望這個範例能夠激發業界尋求創造更多光子奈米材料,並引發更多的科學興趣來解決關鍵的製造挑戰。」

團隊正向前邁進致力於一項新的開發,旨在建立龐大的、軟性的、建築規模的顯示螢幕。這種「變色壁紙」的創造可能很快就會出現,透過新的方式將低成本的可永續材料透過卷對卷技術整合到薄膜膠片中。

 

 

參考資料:

[1] David F. P. Pile “Nano goes big,” Nature Photonics volume 13, page 8 (2019)

https://www.nature.com/articles/s41566-018-0338-6

DOI: 10.1038/s41566-018-0338-6

[2] Hsin-Ling Liang, Mélanie M. Bay, Roberto Vadrucci, Charles H. Barty-King, Jialong Peng, Jeremy J. Baumberg, Michael F. L. De Volder, Silvia Vignolini, “Roll-to-roll fabrication of touch-responsive cellulose photonic laminates,” Nature Communications volume 9, Article number: 4632 (2018)

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07048-6

DOI: 10.1038/s41467-018-07048-6

   
 
 
 
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