• 作者：蕭其峯、李昊璁、張哲維

在現代生活中，我們的周圍充滿各式各樣的電子元件。根據著名的摩爾定律預測，電子元件的體積會隨著時代的進展越來越小，甚至可以微小化植入人體中。但是電子元件若要在人體上應用，除了體積之外，另外一個重要的考量就是柔軟度。若材質是軟性且無異物感，便十分適合應用於人體等生物醫學之中。而現今的技術，電子裝置不僅可以做到可彈性變形，甚至還可以嵌合到口腔內部囉！

又軟又輕薄的電子感測器

這次由東京大學工學系研究科教授染谷隆夫（Takao Someya）等人開發的有機電子薄膜感測器。上圖（a）為這項電子感測器的示意圖，是一個十分具有彈性的薄膜（塑性材料），上面包含12×12個像素的感應器。電子感測器有諸多應用，可以作為壓力（觸覺）感測、溫度感測器，現行市面上的的壓力、溫度感測器都是以堅硬材質製成。

有機電子薄膜感測器的輕薄程度甚至可以媲美羽毛，能用比羽毛更緩慢的速度降落到地面上。並同時具有最小達 2μm的極薄厚度，更早之前的技術僅能將這樣的電子感測器做到厚度 25μm，技術上有許多突破。

上圖（c）即是實際電子感測器揉捏後的照片，經過揉捏仍能正常運作，而這項以前技術中不存在的力學性質，使得利用這項技術生產出來的物件適用範圍更廣。因為具有可任意變形的特性，這個電子感測器可以貼合任意形狀的物體，甚至是貼合人體。不難想像，如果可以貼合人體皮膚，搭配上重量輕盈以及彈性舒適等等優點，這樣的裝置非常適合應用於生物醫學、運動科學等領域，進行許多監測或調控。

薄膜電晶體製造技術的突破

比起舊技術來說，新技術省略了「平坦化層」，讓這層增加厚度的兇手消失了，厚度得以從 25μm 下降到 2μm。然而，要讓電子元件做到更薄的厚度，其突破關鍵在於直接氧化部分閘極端的鋁金屬作為電介質，因為金屬氧化物會有很乾淨的平坦面，如此一來便可省略平坦化膜。

優秀的材料性質：

1. 抗折、抗揉捏，折疊半徑（bending radius）小達 5μm，韌性十足
2. 抗拉伸，承受 233% 的拉伸應變（tensile strain）
3. 可承受反覆多次的拉伸，經 200 次的拉伸，性質的改變小於 4%
4. 耐高溫，可達攝氏 170 度
5. 耐鹽，可以承受生理食鹽水的浸泡長達二週的時間

這種有機電子薄膜能耐高溫，又可承受生理食鹽水的浸泡。集合上述許多優點特性，包括對不同環境條件的適應能力（例如不同的溫度、鹽分）、超輕薄的體積和質量，且具有韌性的力學性質，還能直接黏貼於待測表面（例如直接黏貼或包裹在人體的肌膚上，進行溫度感測），使得這項電子元件能應用的範圍十分廣泛，諸如生物醫學、健康管控、機器人等等。

• 本文源自於臺灣大學物理學系電子學的課程報告，感謝朱士維教授與程暐瀅助教的協助。

• 註1：本次介紹的薄膜電晶體主要使用DNTT為形成通道（channel）的地方，其他零件的材質如下：閘極（gate）：鋁（Al）；源極（drain）、汲極（source）：金（Au）；基板substrate：PEN（一種塑膠）；閘極端的電介質：共兩層，鋁的氧化物層和SAM層（單層的磷酸分子）。

參考資料

• Martin Kaltenbrunner, Tsuyoshi Sekitani, Jonathan Reeder, Tomoyuki Yokota, Kazunori Kuribara, Takeyoshi Tokuhara, Michael Drack, Reinhard Schwödiauer, Ingrid Graz, Simona Bauer-Gogonea, Siegfried Bauer & Takao Someya.(2013), An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics.
• Takao Someya, Zhenan Bao & George G. Malliaras (2016), The rise of plastic bioelectronics.

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超夯韓劇《魷魚遊戲》近期成為熱門討論話題，尤其椪糖關卡使南韓童年美食遊戲「戳椪糖」爆紅，劇情中玩家必須使用牙籤將椪糖上的圖案取下來，若失敗可是會直接被開槍爆頭，不過在臺灣其實也有很相似的古早味的零食椪糖喔！

臺南人的童年零食——古早味椪糖

椪糖，又名膨糖、發財糖、泡糖，是四、五年級生臺南人的童年零食。那個年代生活單純，還沒有太多的娛樂、精緻美食可供選擇，在廟口歌仔戲、布袋戲戲棚下煮椪糖的攤販，是當時孩童的娛樂及零食來源。

剛煮好的椪糖長得就像胖嘟嘟的核桃酥餅，吃起來焦香酥脆、入口即化，雖然只是純粹的甜味，在物質稀缺的當時，已經十分幸福了。

而椪糖的製作流程很簡單，將砂糖或二砂與水倒入大湯勺中，置於爐火上加熱並攪拌，至糖漿變成紅褐色時，加一點小蘇打粉至大湯勺中拌勻，糖漿便會迅速膨脹鼓起，待其冷卻定型後即完成。

而韓國的椪糖與臺灣的椪糖作法及原理大同小異，只是塑形的方式不太一樣，韓版的會壓扁再壓上圖案，弄成扁扁的薄餅狀；臺版的就讓他自然膨脹成球狀，表面帶點裂痕，模樣也是十分討喜可愛。

影響椪糖質地最關鍵的因素——溫度

若有做過椪糖就會知道，小蘇打粉加進去的時機點很重要，太早或太晚皆會導致成型失敗，這是為什麼呢？因為加熱溫度是影響糖的結晶、軟硬度和焦糖化的主要因素，不同的加熱溫度，糖的結晶狀態、質地和色澤都會不同。

糖液在加熱時，會有兩種情況發生：

• 一、水分不斷蒸發，使溶液濃度增加。
• 二、隨著溶解的糖增加，沸點會不斷上升，因此糖液的溫度要小心控制。

「糖液的濃度」與最後成品的「軟硬度」有直接關係，濃度不夠會過軟，椪糖表面無法形成保護殼而無法膨脹成型；濃度過高會過硬，椪糖膨脹不易，容易縮小或塌陷。

而當糖液加熱至攝氏 130 度左右時滴入冷水中，會形成能保持形狀且具可塑性的硬球，這時候糖液的質地是能讓椪糖膨發效果最佳的狀態，因此不會用肉眼判斷添加小蘇打粉至糖漿的好時機沒關係，可以在加熱的同時，使用專門測糖液的溫度計測量糖溫就可以了！

糖怎麼轉變成令人誘惑的焦糖色呢？

說到糖的加熱，就不得不提到焦糖化反應（caramelization）了，它是自催化的非酵素性褐變（non-enzymatic brownin）反應，指的是蔗糖這類的小分子醣類於高溫環境發生脫水、聚合的反應，顏色逐漸轉變成金黃、淺褐至深褐色的產物 （通稱為焦糖） 的過程。

這個過程非常複雜，反應溫度通常在攝氏 120 度以上，在酸性與鹼性環境下均會發生。在食品工業上可製造成焦糖色素，作為食品添加物使用，常添加於醬油、糖漿、可樂或酒類等食品中。

焦糖的色澤會隨加熱溫度及時間的增加，由金黃、琥珀、淺褐、褐、深褐色至焦黑碳化；味覺的變化則是先為甜味，隨著顏色加深逐漸轉至苦味，最後甚至可能出現辛辣味。 

攝氏 130 度的糖液大概是呈現淡淡的金黃色，不過這是單純以細砂糖製作來看，若使用二砂製作椪糖的話，那糖液一開始就會是呈現金黃色了。

椪糖膨脹的關鍵——碳酸氫鈉遇熱分解

在加熱攪拌過程中，糖液已經拌入許多空氣，隨著加熱空氣持續在膨脹，水氣也一直持續蒸發，直到糖液加熱到攝氏 130 度的糖漿時，須離開熱源並加入小蘇打粉。

小蘇打粉即是碳酸氫鈉（sodium bicarbonate），受到高溫直接分解產生大量二氧化碳氣體。最外層接觸到空氣的糖液最先冷卻，變硬形成保護殼，椪糖膨脹隆起，待膨脹停止後，內部的構造就形成具有許多小氣孔的蓬鬆質地。

椪糖會不會致癌？

就從焦糖化反應可製造出焦糖色素的標準來看，聯合國農糧醫藥食品添加物專家聯席委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA）將焦糖色素分成四類：

第一類：普通焦糖 (plain caramel)

第二類：亞硫酸鹽焦糖 (sulfite caramel)

第三類：銨鹽焦糖 (ammonia caramel)

第四類：亞硫酸-銨鹽焦糖 (sulfite ammonia caramel)

不同類別的焦糖色素，具有不同的焦體電荷、安定性與色度，用途亦各不相同。我國針對這四類焦糖色素有明確訂定，規範細節可見衛福部食藥署公告的食品添加物使用範圍及限量暨規格標準^[8]。

數十年來眾多針對焦糖色素所進行的毒理學研究，特別是安全疑慮比較高的第三類及第四類焦糖色素，都發現焦糖色素不具基因毒性、遺傳毒性與致癌性，確認焦糖色素是安全的食品添加物。

加上椪糖才加熱到攝氏 130 度，焦糖化反應影響因素很少，所以吃椪糖其實不必太過擔心致癌風險。

跟致癌比起來，你比較需要擔心熱量

比起擔憂致癌疑慮，椪糖的熱量才是比較需要注意的地方，畢竟它幾乎都是由精製糖所製成。

我國衛福部國民健康署建議「精製糖建議攝取上限為 10% 以內，例如：總攝取熱量若為 2000 大卡，精製糖攝取量就不宜超過 200 大卡，每日精製糖攝取量最好能控制在 50 克以內。」最佳的情況，是每日不超過 25 克，其實就相當於一個椪糖 (20 克上下) 的重量了。

所以當你開心吃著好吃又好玩的椪糖時，還是要記得別吃太多，以避免攝取過多的精製糖及熱量，而賠上健康喔！

參考資料

1. 國立台中教育大學科學教育與應用學系 科學遊戲實驗室，膨糖：http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-005.html
2. 施明智 (2021)。食物學原理 (第三版)。新北市：藝軒圖書出版社。
3. Mcdowell, E. J. (2015) Everything You Need to Know to Make Caramel Candies at Home. Retrieved from https://food52.com/blog/12212-everything-you-need-to-know-to-make-caramel-candies-at-home (Oct 10, 2021)
4. 徐若瑄 (2017)。利用科學方法研究古早味椪糖。中華民國第 57 屆中小學科學展覽會。新北市。
5. 戴士傑，2006。焦糖化產物的特性及其與酚類物質交聯程度之探討。國立屏東科技大學食品科學系碩士學位論文。屏東。
6. 張月櫻，焦糖色素與 4-MEI (4-甲基咪唑) 說明稿 (2013)。檢自https://www.food.org.tw/TW/DisquisitionDetail.aspx?DisquisitionID=iZcsl/uRyXg= (Oct 10, 2021)
7. 衛生福利部食品藥物管理署，食品添加物使用範圍及限量暨規格標準 焦糖色素 (2013)。檢自https://consumer.fda.gov.tw/Law/FoodAdditivesListDetail.aspx?nodeID=521&id=854 (Oct 10, 2021)
8. 灃食公益飲食文化教育基金會，精製糖與非精製糖的差別為何？ (2019)。檢自https://www.foodnext.net/science/machining/paper/5470279180 (Oct 10, 2021)

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