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磁磚也能包膜!!! – 建材表面價值應用技術

創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/05/26 ・1390字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

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文/廖英凱

隨著工藝的進步與技術的發展,擁有美麗紋路的磁磚已經不夠稀奇了,目前位於花蓮的「財團法人石材暨資源產業研究發展中心」,正結合當地的天然石材資源與石材加工工藝,並搭配在高科技產業常見的真空濺鍍表面處理技術,讓磁磚和石材能有更多的設計方式,更增強了建材表面的抗污效果!!

目前國內針對建材表面的自潔處理,多是將光觸媒(如二氧化鈦),塗抹在建材表面。利用光觸媒材質在接觸到光時,會產生躍升的電子與電洞,而有較高的氧化還原能力,藉此達到消毒殺菌的功效。但是,塗抹的光觸媒奈米微粒,是藉由凡得瓦力附著在建材表面,附著力不佳而容易脫落,壽命相當有限。而「石資中心」的團隊,目前則是採用真空濺鍍的方式,將鈦金屬等靶材原子濺射出來,沈積在待鍍的建材表面。

石資中心所用的真空濺鍍,屬於物理氣相沈積法(physical vapor deposition,PVD),原理是將鍍膜成分的原料(靶材)加熱氣化或解離,進而在基板上凝聚成薄膜或晶體。而真空濺鍍是在高真空度的環境中,填充氬氣等惰性氣體,利用高電壓製造輝光放電,使容器內的氣體解離形成攜帶正電的電漿態,這些帶正電的Ar+,會被電中性的靶材吸引,而撞擊在靶材上。此時靶材內的原子會被敲擊出飛向待鍍的建材基板,並沈積成薄膜。由於濺射出的靶材原子具有較高能量,靶材原子可撞擊入基板表面幾個原子層的深度,因此會比塗抹或是熱蒸鍍沈積等方式擁有更好的附著力。而採用真空環境,則是因為當氣體稀薄時分子之間的碰撞次數較少,此時金屬的氧化現象降低,也不易受到其他氣體污染。

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石資中心目前也藉由摻入不同的氣體,如氬氣或氮氣,以及鈦和二氧化鈦這兩種靶材,來營造出不同金屬色澤的表面加工,並因應不同建材表面微調靶材、氣體、氣體流量、真空度、濺鍍時間等參數。

磁磚表面真空濺鍍銀色的鈦金屬與螢光釉料,可以在暗亮處有不同的設計效果。
磁磚表面真空濺鍍銀色的鈦金屬與螢光釉料,可以在暗亮處有不同的設計效果。

濺鍍處理過的建材,除了能有美化裝飾效果的金屬光澤外,也形成了一層非常緻密的硬質保護膜。能抵抗大部分的礦物、金屬的刮傷。由掃描式電子顯微鏡(SEM)觀測濺鍍後的建材表面,可觀測到所選取的靶材Ti或TiO2會形成非連續狀的島狀結構。這些極細微的表面結構,能大幅提高建材的抗汙效果。石資中心的研發團隊,也建置了抗污效果的測試實驗,目前經過真空濺鍍的建材表面,可達到CNS14910五級的標準,在這個標準下,將混雜了和水的碳墨,以及優碘、Cr2O3,分別滴在建材表面一段時間後,不需要任何清潔劑即可單純利用清水沖洗乾淨。

在SEM下,建材表面呈現非連續狀的島狀結構的鈦鍍膜。
在SEM下,建材表面呈現非連續狀島狀結構的鈦鍍膜。

目前,石資中心的團隊集結了材料、機械、化工、實驗檢測與藝術設計等各領域的人才。利用花蓮當地營運已久的石材產業,結合表面處理技術。打造出高品質、客製化的產品,他們也不斷嘗試各種不同建材表面的運用和加工方式,考量各種材質的礦物組成、顏色深淺,以此建立材質加工參數資料庫,未來可以快速輔導或技轉給相關業者作為應用。

金屬光澤的鍍膜,還可以應用於磁磚表面的設計。
金屬光澤的鍍膜,還可以應用於磁磚表面的設計。

更多資訊請參考解密科技寶藏

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創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
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由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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