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電漿子裝置將光轉換成電流

only-perception
・2012/02/02 ・1310字 ・閱讀時間約 2 分鐘

雖然最常見、將光轉換成電的裝置也許是光伏(PV)太陽能電池,不過還有其他各式裝置也能進行相同的光電轉換,例如太陽熱能收集器(solar-thermal collectors)與整流天線(rectennas)。在一項新研究裡,工程師設計出一種新裝置,在簡單的金屬–絕緣體–金屬(MIM)裝置中,利用表面電漿子激發(surface plasmon excitations),將紅外光與可見光轉換成直流電。

這些研究者,史丹佛大學的 Fuming Wang 與 Nicholas A. Melosh,已將他們對這款新裝置的研究發表在最近一期的 Nano Letters 上。

“迄今最大的意義是:在 IR 與可見光的轉換上,呈現出一種有別於整流天線與 PV 裝置的替代方法,” Melosh 表示。”與可見光中的 PV 相比,其轉換效率並沒有高的驚人,所以那並非要取代 PVs,而是之後可用於能量採集(energy scavenging)。

這種新裝置的 MIM 架構與整流天線類似。然而,整流天線是在長波長光底下運作(例如微波與無線電波),可是這款新裝卻能在更廣的、從紅外線到可見光的光譜上運作。

當這款 MIM 裝置被照射時,進來的光子會被頂層與底層的金屬電極吸收。吸收後,每個光子就會將金屬中的一個電子激發到更高的能態,成為一個「熱電子(hot electron)」。大約半數的熱電子會往金屬–絕緣體界面跑,在那裡,它們也許被其他電極收集。然而,在上層與下層電極中的光子吸收會產生符號相反的電流,故只有當某個電極的吸收大於另一個時,才能達成淨直流電。

將某電極的電流最大化,同時將另一邊最小化的能力,是 MIM 裝置的最大挑戰之一。為了辦到這件事,研究者可改變電極厚度。然而,這是一種妥協,因為更厚的電極能吸收更多的光子,但由於散射也增加了,所以抵達界面的電子數量會變少。

Wang 與 Melosh 的解決方案是,在照射時,利用一個稜鏡來激發電極金屬表面上的表面電漿子(surface plamons,SPs)。表面電漿子是小型電子振盪,可透過與光有效地耦合,在一電極上創造出濃度更高的熱電子。表面電漿子耦合效率端看幾項因素,諸如電極厚度、所使用的金屬種類以及入射光的波長。

“當光子與 SP 波向量(wave vectors)彼此相符時,SPs 會被入射光激發,” Wang 表示。”對真正的應用來說,在某個電極上使用奈米格柵(nano-grating)圖案來激發 SPs 會更實際。單單控制這些格柵的間距(pitches),SPs 就能在任何特定的波長下被激發。結果,從紅外線到可見光頻帶的轉換效率能夠被強化。”

工程師們算出,這些以銀電極製成的 SP 強化 MIM 裝置能以波長為 640 nm 的光達到 4.3% 這麼高的電力轉換效率。金電極裝置,能以波長 780nm 的光達到 3.5% 的最大效率。這二種裝置在整個太陽光譜中也都具有優良的理論效率 — 銀電極裝置可達 2.7%。至於紅外光,這些工程師也算出 SPs 使銀裝置的效率比沒有 SPs 者,幾乎要高出 40 倍。

除此之外,研究者們製造出一種金–氧化鋁–金裝置,其頂層的金比底層的金稍微厚一點。他們的實驗證實,擊中頂層的光在表面上激發出 SPs,導致更多熱電子從頂層電極被傳到底層。

雖然研究者所量到的總光電流比理論計算值小,但他們希望未來能利用更有效率的 SPs 耦合方法、最佳化金屬厚度以及其他策略來增加光電流。最終,該裝置會因為它的運作波長而證明有用。

“它在 IR 中的表現能(比其他將光轉成直流電的裝置還要)更好,那可用於能量採集,” Melosh  表示。

些裝置的其他優勢包括容易製造,而且也有可能在可撓式基質上被實現。

資料來源:PHYSORG:Plasmonic device converts light into electricity[November 9, 2011]

轉載自only-perception

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only-perception
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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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少顆牙齒照樣能吃飯呀!缺牙該怎麼處理?不處理會怎樣?

careonline_96
・2021/09/28 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘
缺牙怎麼辦?不處理會怎樣?植牙與牙橋 牙醫師圖文解析

「醫師,我下巴的關節會痛,咬東西很吃力。」王小姐蹙起眉頭抱怨,「這幾天連頭都跟著痛。」

「請張開嘴讓我看看。」醫師仔細檢查過後問,「你的小臼齒掉多久了?」

「好像兩…三年了吧。」王小姐努力回想,「那時候蛀牙比較厲害,只好整顆拔掉,本來有打算要後續處理,但是工作一忙就耽擱了。」

一般成年人有 32 顆恆齒,可能因為蛀牙或外力撞擊而導致缺牙,很多人會認為少顆牙也能吃東西,所以就放任不處理,但是缺牙不處理其實可能導致一連串的麻煩。

缺牙的影響主要會區分成兩個部分,「口內」及「口外」,泉玥牙醫診所院長郭光哲解釋,「口內」指的是口腔內環境的變化,「口外」則是口腔外,如臉形、外觀的變化。

假設缺牙的數目較少,僅缺少一、二顆牙齒,「口外」的部分,也就是外觀上不會有太明顯的變化。但在「口內」的部分就可以觀察到,前後牙齒會產生部份位移,甚至有傾倒的狀況。郭光哲牙醫師指出,「患者經常覺得,反正還有其他牙齒可以咀嚼,所以便沒有積極處理缺牙,但是鄰近牙齒傾倒或位移的狀況,常常導致齒縫大小的變化,或是更容易塞東西,長期下來可能導致牙周病、或蛀牙的問題。」

前後牙齒傾倒後,也會對原本咬合的平面造成干擾,郭光哲牙醫師表示,我們的嘴巴在咀嚼的時候,並非單純的上下移動,而是有著更複雜的前後、左右咬合模式。當咬合受到干擾,長期下來可能會導致一些顳顎關節障礙(Temporomandibular Joint Disorders)。

顳顎關節障礙的症狀包括顳顎關節痛、咀嚼疼痛、耳朵周遭疼痛等,這些都是日積月累下來的問題。

缺牙不處理問題一籮筐

如果缺失的牙齒較多,「口外」的部分就會產生變化,例如很多老年人的臉頰凹陷。另外,由於多數患者缺少的牙齒會從後側開始,郭光哲牙醫師分析,為了咬東西,他們常常會把下顎骨往前移動,試圖用更多的前牙來咬東西,所以會看到漸漸呈現出類似「戽斗」的外觀。

「口內」的部分,因為缺失的牙齒越來越多,會喪失一些咀嚼的功能,吃東西越來越不方便,因為嚼不爛、嚼不碎,可能連腸胃都不舒服,甚至無法攝取足夠營養。郭光哲牙醫師說,隨著口內環境越來越複雜,容易產生牙周病、滋生更多細菌,倘若這些細菌進到腸胃道或血液循環,會造成更多更多的併發症。

植牙、做牙橋,缺牙治療比一比

所謂的牙橋,就像是在缺牙的位置架一座橋,需要前後牙齒來擔任橋墩,提供固定與支撐,郭光哲牙醫師分析,想製作牙橋得符合一些條件,首先必須具備穩固的前後牙,假設缺少的牙齒是整個象限的最後一顆牙齒,後面只剩下牙齦的時候,便無法做牙橋。

接下來,要評估當做橋墩的兩個支柱牙的健康狀態,它的牙周必須非常健康,沒有任何動搖,才不會使原本的問題惡化。

因為很多患者都是已經缺牙很久了,才想要處理缺牙的問題,所以鄰近牙齒可能會有移位、傾倒的狀況。倘若牙齒因為長時間的磨耗,長度變短、牙冠高度不足,也沒辦法做牙橋。

一般而言,製作牙橋需要的時間比較短,郭光哲牙醫師解釋,通常拔完牙大約 8 週後,牙齦會達成基礎的成熟,可以開始介入治療。從拔牙開始計算,大概 12 周以內就可以完成牙橋。

牙橋的缺點是需要修磨前後牙齒,目前牙科的觀念會認為牙齒能不修就不修,修得越少越好,希望盡量保存原來的齒質。

另一個缺點是牙橋比較不容易清潔,因為是連成一組的裝置,橋墩下方的清潔便比較困難,再蛀牙的風險較高,必須靠牙間刷或沖牙機來清潔。

第三個缺點是當牙橋出問題時,必須要整組拆掉再重新治療,因為之前已經磨掉一些齒質,如果又出現蛀牙的話,這些支柱牙的齒質狀況就會變得非常不好,甚至面臨拔掉的命運。

缺牙治療比一比

植牙的好處是不需要修磨前後牙,比較容易清潔,且咬合力量趨近真實牙齒,然而並非所有人都適合植牙。郭光哲牙醫師提醒,骨質疏鬆患者若接受雙磷酸鹽藥物治療,短時間之內不能接受任何牙科手術。罹患慢性疾病,如高血壓、糖尿病等,若是沒有好好控制,可能增加手術風險、感染風險、影響手術傷口癒合、甚至骨頭不會生長,也不適合植牙。另外,存在嚴重牙周疾病的患者,傷口感染的風險較高,亦不建議植牙。

假牙材質要知道

假牙的材質主要有全金屬、金屬燒瓷、全瓷等幾類,郭光哲牙醫師說,現在因為大家都很注重牙齒的美觀,能夠接受全金屬牙冠的人相對比較少,所以大多會選擇全瓷材料,或是裡面是金屬,外面燒上一層牙齒顏色的瓷。

金屬燒瓷是兩種材料的結合,製作時需要先修出金屬的厚度,再修出陶瓷的厚度,所以牙齒的修磨量相對比較大。長期使用後,如果患者的牙齦有些萎縮、退縮的現象,邊緣可能露出黑色細線。

另外,金屬燒瓷可能會遇到瓷崩的狀況,表面的瓷崩落了,裡面的金屬就會露出來,除了影響美觀之外,咬合高度也會受到影響,無法緊密地咬在一起,郭光哲牙醫師說,崩落的表面通常會比較粗糙,比較難清潔、容易讓牙菌斑附著,而導致後續的問題。

全瓷材料可製作出擬真度高的牙齒,已廣泛應用於牙科領域,郭光哲牙醫師說,目前經常用來製作全瓷牙冠的材料是二氧化鋯,二氧化鋯的生物相容性佳,具有較高硬度。藉由立方體晶像結構,可以減少光線散射,增加二氧化鋯的透明度。全瓷牙是在電腦上設計,並由電腦進行切削,能夠提升製作效率及精準度。

什麼是二氧化鋯

牙齒的顏色相當複雜,每個人皆不相同,需要仔細比對鄰牙,才能做出逼真的假牙,郭光哲牙醫師說,過去的瓷牙需由人工上色,再進行燒結,現在有預染二氧化鋯,可先挑選顏色後再進行切削,不必再經由人工上色,亦具有螢光效果。若在安裝假牙時稍作修磨調整,也能維持假牙的顏色。

貼心小提醒

放任缺牙不處理,會在口內及口外衍生一系列的問題,諸如鄰牙位移、傾倒、顳顎關節障礙、影響咀嚼功能、導致外觀改變等。郭光哲牙醫師提醒,究竟該植牙或做牙橋,每個人的狀況不同,應該與牙醫師詳細討論,及早處理!

careonline_96
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