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工研院研發技術榮獲全球百大科技研發獎

活躍星系核_96
・2014/07/15 ・1697字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

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工研院兩項技術榮獲全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),(左起)工研院綠能所胡耀祖代所長、台泥辜成允董事長、工研院徐爵民院長、旺矽郭遠明總經理、工研院電光所劉軍廷所長合影
工研院兩項技術榮獲全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),(左起)工研院綠能所胡耀祖代所長、台泥辜成允董事長、工研院徐爵民院長、旺矽郭遠明總經理、工研院電光所劉軍廷所長合影

素有科技產業奧斯卡之稱的全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)評選揭曉,工研院以「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」、「線上即時熱能分析儀」等兩項創新研發科技獲獎,在國際舞台上大放異彩。

工研院徐爵民院長表示,「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」是與台泥公司合作的研究,在花蓮和平水泥廠建置全球最大的鈣迴路試驗廠,每小時二氧化碳總捕獲量1公噸,再利用捕獲的二氧化碳養殖微藻。「線上即時熱能分析儀」則有技術處大力支持,研究團隊開發出快速熱性能量測技術,而且可結合LED自動化機台在生產線上即時量測,在速度、成本和精確度上協助LED廠商提升產線良率,這項技術去年已技轉給旺矽科技,預計年底就要量產上市。

碳捕捉冠軍 減碳新經濟

工研院「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」獨創與水泥廠合作模式,目前已技轉台泥並建置全球最大的鈣迴路試驗廠,總捕獲量達每小時1.0公噸。此技術可降低能源消耗,更可讓燃煤發電變成清潔電力。

工研院綠能與環境研究所胡耀祖代所長表示,工研院「鈣迴路捕獲二氧化碳技術」是直接針對水泥廠、發電廠等主要碳排放源進行改善的有效處理方式之一,被國際能源總署認定為全球減碳的各單項技術中之減量冠軍,在技術創新、減碳效率及產業效益三方面均有亮眼表現,因此得到國際獎項的肯定。掌握此減碳技術的產業,將二氧化碳捕獲以後,不但可以作為原料販賣,未來還有機會投入碳交易市場,或是更進一步用「生物固碳法」來養殖微藻,就像餵微藻喝汽水,進而生產轉化為生質燃料及高經濟藻類產品,發展減碳新經濟。

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0.3秒測LED熱阻 即時監控散熱優劣

散熱性能一直是影響LED壽命與光品質的重要因素,工研院率先開發可於產線即時量測LED熱阻的分析儀,將可大幅降低LED照明產品的不良率,讓消費者選購產品更心安。工研院研發出的線上即時熱能分析儀(In-Line Compact Thermal Analyzer,ICTA),只需3分鐘即可量測出完整的LED封裝元件熱結構,為目前國際上效率最高的熱結構分析儀,此技術並成功與LED自動化光電分類機台整合,研發出全球首套自動化LED熱阻測試設備,每小時量測速度可達1萬2000顆元件,等於每顆元件量測只需0.3秒,比傳統一小時在實驗室只能量測6顆元件,速度遠遠加快了2千倍,目前已與LED設備廠旺矽科技合作,開發出全球首部結合暫態熱結構分析及線上熱阻量測功能的分析儀,預估此設備今年底將進入商品化階段,可同時滿足研發及量產驗證需求,提供產線進行即時監控、不良品篩檢、製程優化、提升良率,大幅降低LED照明產品的不良率,讓消費者購買LED產品更有保障。

工研院電子與光電研究所劉軍廷所長表示,發光二極體(LED)是未來的主要照明光源,但內部各層材料介面的熱阻問題依舊是LED發展的重要課題之一,事實上,只要能掌握LED熱阻數據,就能推估產品的壽命、效率、及光品質。傳統上測量LED熱阻時,步驟繁複且耗時耗力,因此只能在產品設計階段時在實驗室進行量測;工研院所研發的熱能分析儀不僅可層層分析元件熱結構,更可在生產線上即時測量,透過解析LED散熱能力關鍵的固晶層,讓所有LED產品的散熱優劣無所遁形,對於每年全球超過一千億顆的LED總生產量,是非常有利的工具,不但提升效能、改善良率,更可以提高自動化生產的程度,對LED產業含照明應用以及面板應用意義重大。

名詞解釋

百大科技研發獎(R&D 100 Awards):素有「產業創新奧斯卡獎(The Oscars of Invention-The Chicago Tribune)」的美名,一向深獲國際重視,自1963年開始舉辦,今年是第52屆,已成為市場上鑑定新技術的革命性地位的重要指標。諸如傳真機(1975年)、液晶螢幕(1980年)、柯達照片CD(1991年)、Nicoderm戒菸貼片(1992年)、Taxol抗癌藥物(1993年)、 實驗室晶片(1996年)和高畫質電視(1998年)等都曾獲選為當年度的百大科技獎,對人類未來生活發生重大影響,成為生活中不可或缺的一環。

文章來源:工研院新聞稿

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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有興趣的事就可以做很久——張允崇專訪
顯微觀點_96
・2024/09/07 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

首圖用
圖/顯微觀點

「從高中生開始到大學生,甚至到研究所碩士、博士,其實你只要做一件事-叫做找到有興趣的問題」。

從藍光 LED 起始的奈米研究之旅

中研院應用科學研究中心副研究員張允崇近年致力於光電推廣教育工作,不僅作為國際光電工程學會 SPIE 的光學推廣委員會成員,還擔任中華民國光電學會教育委員會主任委員,並已連續舉辦兩屆光電學會光電教具創作競賽

張允崇自台灣大學物理系畢業後前往北卡羅萊納州立大學攻讀電機博士。時值台灣開始發展半導體的年代,加上他對光學和雷射很有興趣,因此選擇光電半導體作為研究領域,其中又以藍光 LED 為其研究重點。

LED(發光二極體,light-emitting diode)是一種半導體光源。當電流通過這個半導體電子元件時,電子與電洞複合以光子的形式釋放能量,而發出單色光。光線的波長、顏色則和採用的半導體材料種類以及故意摻入的元素雜質有關。

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一開始以磷化鎵砷(GaAsP)為材料的 LED 僅能發出紅光且效率低,因此僅作為指示燈使用。而後雖出現可發出綠光的 LED,但一直缺少藍光 LED,就無法以光的三原色-藍、綠、紅,來任意組成不同的顏色,尤其是可供照明的白光。

直到 1993 年,日本日亞化學(Nichia Corporation)的中村修二成功把鎂摻入,成功以氮化鎵和氮化銦鎵(InGaN)開發具有商業應用價值的藍光發光二極體。

有了藍光 LED 後,白光 LED 也隨即問世。因此 2014 年諾貝爾物理學獎也以「發明高亮度藍色發光二極體,帶來了節能明亮的白色光源」的理由,將獎項頒給中村修二,以及製成高品質 GaN 並首次以 pn 結構完成藍色 LED 的日本科學家赤崎勇與天野浩。

2001 年博士學位並於 2003 年返台至成大任教的張允崇說,當時藍光 LED 領域正好當紅,因此博士班期間以及回台任教之初,便以此為研究材料進行研究。

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但很快地,藍光 LED 材料愈來愈便宜且效率也已提升很多,相關應用和研究到達瓶頸,要再突破已非易事。相關領域的學者不是已經放棄,就是必須做出變化。張允崇亦是如此。

台灣從 2003 年開始,投入新台幣約 250 億元執行「奈米國家型科技計畫」,推動奈米科技發展。因此,張允崇也將研究視角轉向開發各種不同奈米製程,其中一個便是奈米球鏡微影術(Nanospherical-Lens Lithography,NLL)。

奈米球鏡微影術是使用奈米球將入射的紫外光聚焦於下方光阻,藉以製作出大面積的金屬圓盤陣列,這樣不僅可以大面積生產,使用的設備也是產業界既有生產設備,成本相對低廉。

「到 2018 年,我們幾乎可以宣稱我們是全世界做奈米球做厲害的人」。但張允崇表示,儘管奈米球鏡顯微影術可以大面積、有效率地提升製程產量,但在學術發表上外界期望看到「新功能」,加上後來到中研院任職,資源較多,便不再限制於奈米球上,而是開發各種奈米製程和新功能。

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張允崇
擔任 2024 Taiwan顯微攝影競賽評審的張允崇認為,像顯微攝影這樣「較為學術」的攝影競賽,加分之處在於拍攝者發揮創意,在平凡無奇圖案中找到有趣的地方,例如某個角度像朵花或是用不同的染色變成有趣的圖案。圖/顯微觀點

直觀研究取代考試教學

「我可以講 30 分鐘的研究,沒有任何一個公式在投影片裡」,張允崇笑稱因為自己的數學不太好,所以研究的題目「數學不會太多」。

他以奈米金屬為例,儘管背後有很多數學推導,但在他們實驗室的研究開發中,便僅以「奈米顆粒對環境折射率非常靈敏」的直覺,進一步對其作為感測器進行研究。

但與其說是「受限於數學不好」,不如說張允崇更看重科學直覺和實作,這不僅表現在他的研究,也體現在他的教學和近年致力推廣的光電教具創作競賽中。

張允崇提到之所以投入光電教具創作競賽,起因於他參與國際光電工程學會(International Society for Optics and Photonics, SPIE)的年會時,擔任其中一個類似教具競賽的外展活動評審,氣氛不錯。

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加上當時張允崇在台大物理系兼職,教授光電半導體課程。「考試學到的東西很有限」,比起考試他更希望學生能從做中學,因此便參考年會外展活動的概念,讓學生執行期末計畫。

「當時想法只是覺得課堂裡好的作品可以到國際參賽,就像區域競賽比得好,比全國再比國際」。張允崇後來遇到一些志同道合的老師,才將全國競賽籌備起來。

不過,競賽今年邁入第三屆之際,回顧這一路走來,張允崇認為,競賽帶來的收穫、好處和原本初衷略有不同。而最大的好處在於讓學生「提早認識實驗室」。

他表示,許多學生到大三、大四要做專題進實驗室時,早已聽從學長姐和外界的聲音「立志進台積電」。

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「現在多學生大三大四就直接聽學長姐說哪一個領域很好,可以去台積電啊。如果你研究所找了老師就是做這個領域,你就被他綁住了,博士班再讀(其他領域)好了,其實也跳不太開了。」張允崇說,不只選錯路不易回頭,進而出現「學用落差」外,學術熱忱也不易被點燃。

但藉由教具競賽,讓大一、大二的學生及早進實驗室「東摸摸、西摸摸」。「大一暑假找一個老師,不喜歡;大二可以換一個、大三再換一個,老師沒有再看到你也不會覺得怎麼樣」,張允崇表示,就算學生不用跟著老師的計畫題目,教具做不出來也沒關係,單純和老師討論教具專題也能略知實驗室的研究內容,進而評估是否對該領域有興趣。

張允崇說,考試答案都是已知的,學生也只是努力搞清楚老師「要考什麼」。但工作、研究卻不是如此,答案都是未知的,因此培養解決問題的能力,包含問對人找到解決方法,更為重要。

而要培養解決問題能力,最快方式就是進實驗室直接動手做。由於實驗室基礎能力需要的是各種能力的展現,不僅限於書本與公式;例如自動控制需要電腦程式能力、有些人手巧適合精工,甚至 3D 繪圖等。學生及早進入實驗室,就算「自認不適合讀書」,也能從中發現自己的專長和定位。

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從半導體到奈米光學,再到生物感測,張允崇的研究領域很廣,「奈米領域所有問題都有興趣」。他笑稱,「優點是領域很廣,但缺點是『你問我做什麼題目,我講不出來』」。但只要找到有興趣的東西,就可以做好一件事,「因為你會願意花很多時間」。

電子顯微鏡
使用電子顯微鏡拍下的奈米球,如同擺放在球釘上的高爾夫球。圖/顯微觀點

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顯微觀點_96
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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

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用 LED 燈傳資料?探秘可見光通訊的前世今生
數感實驗室_96
・2024/06/22 ・768字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

今天我們來聊聊一種超酷的通信技術——用 LED 燈來傳遞訊息。

你可能會疑惑,LED 燈怎麼能傳數據?其實,這背後的原理並不難理解。無線電波是電磁波的一種,而 LED 發出的「可見光」也是電磁波的一部分,只是頻率更高。既然都是電磁波,那用光來通信似乎也很合理。

光通信並不是新鮮事。早在周朝,人們就用烽火台來傳遞戰情;我們熟悉的發明家貝爾也發明過光電話(Photophone),且 1880 年 4 月 1 日,貝爾還成功地用光電話在 200 多公尺的距離上實現了通信。

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然後?就沒有然後了,光通信技術沉寂了一百多年,直到太空通信中找到了新的用途。

可見光通訊帶來了通信技術的全新篇章。當然,我們也要提到,像遙控器和一些太空通信其實用的是紅外線,但這些都和可見光屬於同一大類——電磁波通信。所以,嚴格來說,可見光通訊也是電磁波通信的一部分。

未來的世界,燈光不僅僅是照明工具,更是我們連接信息世界的橋樑。

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/