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作者:季宇文、胡恩蘭、黃昆平大面積石墨烯電極成長技術

機械所石墨烯團隊致力於開發高品質石墨烯的儲能電極，透過開發大面積電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）設備成長: 使用 915 MHz 微波電漿火炬機台（915 MHz Microwave Plasma Torch, 915MHz MPT），可有效成長出面積達15 cm X 15 cm 的石墨烯電極，其品質優異（2D/G >0.85）且均勻性可達95% 以上。915MHz MPT 具有高密度電漿、成長快速及系統穩定等優點，適合用來成長石墨烯儲能電殛，本團隊將石墨烯電極應用到有機相的超級電容上，經測試其工作電壓最高可達4.2V，明顯優於商用活性碳2.8V 之系統。

作者:謝宇澤、黃昆平、林鵬石墨烯超級電容製造技術

金屬雙極板具有低成本與高機械強度的特性，但是質子交換膜燃料電池的金屬雙極板因為操作在溫度較高的硫酸環境中，所以金屬板會遇到腐蝕的問題。透過雷射披覆碳膜於金屬雙極板上可提供抗腐蝕之保護。

作者:賴識翔、黃昆平、張志振、林育霆成長大面積石墨烯薄膜與多源電子迴旋共振化學氣相沉積設備

石墨烯的載子遷移率可達200000 cm2/V·s，是現今矽材料的百倍以上，因此吸引了很多科學家的注意。如何大面積成長石墨烯薄膜是未來應用於透明導電膜上重要課題之一。本文將說明大面積石墨烯薄膜發展近況，以及工研院機械所已成功發展出多源電子迴旋共振化學氣相沈積（MECR CVD）系統來製作少數層之石墨烯薄膜。我們的目標是以電漿方式直接成長370 mm × 470 mm的乾淨石墨烯，在文中將描述MECR CVD真空系統的電漿特性、電漿成分分析結果以及成長的石墨烯將藉由Raman光譜與X射線光電子能譜做特性分析。

作者:張志振以傳輸線原理探討石墨烯之固態物理特性

石墨烯為一新興之固態材料，其特殊之性質近年不斷為固態物理學所揭露。不需藉由經典之固態物理理論方法推演，以傳輸線原理探討石墨烯之基本特性，可以得到與固態物理所得之相同結果，而其物理意義則更為直觀。此方法將主題類比為傳輸線電路學問題予以探討，因此本文之主要篇幅即演繹此方法並詮釋其物理意義。

作者:季宇文、黃昆平、張志振微波電漿火焰法成長石墨烯粉末

石墨烯（grapheme）有非常優異的材料特性，不論是高導電率或是強韌的機械性質都可以成為劃時代產品的主要原料。利用微波電漿火炬（Microwave Plasma Torch, MPT）在大氣環境下生產高品質之石墨烯粉，本方法目前產率達31 %，是目前乾式直接成長石墨烯粉產率最高者，所製得之石墨烯粉因表面無任何官能機殘留，經驗證不易再堆疊（restack）成石墨，可降低分散劑之使用量，並維持石墨烯表面荷電量。而現在最主要的應用則是作為儲能元件，若可以藉由MPT機台更一步的改良得到高品質與高產量之石墨烯粉，便可達到實現量產商品化的目標。

作者:何世湧透明導電膜取代之機會與挑戰

2014年全球觸控面板出貨片數年成長13.7 %達17.2億片，市場規模卻下滑1.6 %達284億美元，受到觸控產品大尺寸化與穿戴式產品的趨勢影響，使得透明導電膜開始轉往更低面阻值的取代性材料方向發展，目前取代ITO Film的透明導電薄膜，可分為五大種類：石墨烯（Graphene）、奈米碳管（Carbon Nano Tubes; CNT）、奈米銀導線（AgNW）、金屬網格（Metal Mesh）、導電高分子。五大類之中商品化程度最高的兩類為奈米銀導線（AgNW）、金屬網格（Metal Mesh），而這兩者之中以金屬網格導入的終端品牌與產品種類佔多數。

作者:季宇文、黃昆平石墨烯超級電容之開發

多孔性石墨烯材料有需多的優點，其中高比表面積，擁有獨特的多孔性結構以及優良的電子導電性等。這些超乎尋常的材料特性使得石墨烯可以作為高性能超級電容器的關鍵材料。電化學電容器（ECS），也被稱為擬電容器或是超級電容器（SCS），擁有良好的功率密度（power density）表現使得其充放電的速度遠高於電池，而這樣的特性若是應用在電動車或是混合動力上深具潛力也備受關注。本文討論石墨烯成長以及在超級電容上的應用成果，其中包含摻雜石墨烯，直立石墨烯，石墨/金屬氧化物的複合材料超級電容器等進行介紹，以及石墨烯超級電容未來面對的挑戰進行相關的討論。

作者:季宇文、黃昆平垂直成長及摻雜奈米石墨烯壁及其應用

本研究使用低壓微波火炬化學氣相沉積（MPT CVD）設備製作垂直成長及異質元素摻雜奈米石墨烯（X-dope graphene nanowalls, X-GNW）的觸媒極片，透過掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope, SEM）、拉曼光譜儀（RAMAN）以及X光光電子儀（XPS）分析，分析證明有效將異質元素植入奈米石墨烯壁的結構中，氮元素最高含量可達15 at%。嘗試使用不同金屬摻雜對氮摻雜石墨烯（NGNW）特性的影響，藉由電化學量測得知在2% CO環境毒化下，鈀氮摻雜奈米石墨烯壁（Pd-NGNW）、鎳氮摻雜奈米石墨烯壁（Ni-NGNW）、鐵氮摻雜奈米石墨烯壁（Fe-NGNW）之個別電化學活性仍可維持在65%、82%以及90%。其中Pd-NGNW電極作為陽極，在質子交換膜燃料電池（PEMFC）模組測試下放電，達到反應過電位相較於20 wt%鉑金/碳為50 mV、極限電流達到1400 mA/mg。

作者:季宇文、黃昆平石墨烯高電壓超級電容技術

電雙層電容器（electrical double-layer capacitors, EDLCs）受限於電壓不足（2.5~2.7 V在有機電解液系統）無法直接與鋰電池搭配。在此我們歸納出三個可以有效提升EDLCs電壓的三種策略。透過本文提出的策略，成長一電極材料具有安定且惰性的表面可以在商用電解液中耐受較大的電位窗。透過機械所自行開發的機台製作，直接垂直成長奈米石墨烯壁（graphene nanowalls, GNW）於基材上，並同步達成氮摻雜。此非對稱電雙層電容器可以達到4 V的電位窗並且比能量密度與比功率密度分別為52 Wh/kg和8 kW/kg。經過10000次充放電測試仍具有100%的電容維持率。此結果將有效降低EDLCs在高電壓模組中的串聯數並開啟了與鋰電池直接匹配可行性。

作者:張志振石墨烯之超導性概論

石墨烯為一新興固態材料，其特殊的物理特性不斷被揭露，近期又發現某些結構化石墨烯具有超導性。本文試以主要篇幅解釋其超導性，並與既有實驗數據比對，從而建立石墨烯超導性之判則，並期待協助推升國內石墨烯技術產業化。

作者:施宏欣、戴呈瑋、黃昆平、胡啟章、許彩玲、詹禮安、林勝亞、方家振、李俊龍石墨烯鋰離子電容器技術研究

本文以微波電漿火炬化學氣相沉積（Microwave Plasma Torch Chemical Vapor Deposition, MPT CVD）直接成長均勻奈米石墨烯壁（Graphene nanowalls, GNW）於酸蝕刻之鈦金屬片上，奈米石墨烯壁具有良好的附著性，不易從金屬片上脫落。此外，以電化學方式使用鋰離子電解液（1M LiPF6）活化奈米石墨烯壁可以提高其比電容值約70 %左右。使用奈米石墨烯壁作為電極，則最高電位能承受至4.2 V（vs. Li+/Li），並表現出較方正的充放電曲線且最佳石墨烯奈米壁在有機電解質之工作電位範圍至少拓展至2 V。以活化奈米石墨烯壁正極搭配預鋰化軟碳負極組成鋰離子電容器（Lithium ion capacitors, LIC）的全電池，元件工作上限電位可至4.0 V，庫倫效率為96.4%。

作者:何亞奇、吳采亮石墨烯奈米流體於可視化脈動式熱管研究

本文進行石墨烯奈米流體添加至脈動式熱管(Pulsating Heat Pipe, PHP)的可視化研究。與現有技術相比，石墨烯奈米流體可以提高熱管內微氣泡產生速度，以及氣柱於脈動式熱管內的推動速度。利用可視化實驗測試和高速攝影機觀察氣泡和氣柱的流動，發現速度比純水高3-5倍，藉此改善了兩相流體的熱交換。

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