東元科技文教基金會主辦的Green Tech科技創意競賽，2012年獲得冠軍的團隊來自台灣大學機械所，他們發展的無旋轉風扇散熱裝置，把實驗室裡的省電散熱技術實用化，進而創業而受到矚目。2014年，他們更以相關的技術發表新的應用，請聽今天的科學三分鐘，與您分享：壓電材料，創造奇蹟。

這項Green Tech科技創意競賽，是由專業評審團，評選大專院校在校師生提出的，具有節能減碳效益的創新技術。由本集單元科學顧問台灣大學機械所馬小康教授所指導的團隊，則在2012年以無旋轉的風扇散熱裝置，獲得冠軍。

說起風扇，一般人一定會想到用馬達帶動葉片旋轉的傳統風扇。但他們的技術卻截然不同，是以片狀的壓電材料，稱為壓電片，做成新型的散熱裝置，可以用在電腦等電子產品，所消耗的能源，是傳統旋轉風扇的2％～5％，非常省電。

而就像2014年參賽團隊的隊長許元朧所解釋的，從某個角度來看，這種風扇的概念其實很像「搧扇子」。

許同學：
像壓電片這個部分的話，它是取決於它材料的特性，那我們只要供應它交流電的話，它就會產生一個振幅。那你要去找到你的最佳共振頻率，達到最好的一個效果。當壓電片在正中間擺動的時候，它擺動上面只要夾著我們的磁鐵，那排斥的時候它就會造成一個風扇的擺動，那擺動會帶來的，就是我們的風力，產生散熱的一個效果。

簡單地說，就是有三片葉片，中間的是壓電片，通上交流電就會擺動。兩側的葉片則因為磁性「同性相斥」的原理，而隨之搖擺。您可以想像，這種快速搖擺的葉片就像「搧扇子」一樣，能製造一股穩定氣流，達到散熱的目的。而找到最佳共振頻率，則是讓整套裝置省電的另一個關鍵。最後，就完成了省電，噪音極小，而且幾乎不會卡灰塵的「無旋轉」風扇散熱裝置。

那麼，2014年的參賽團隊又做了什麼呢？答案是複合式蜂巢結構的單邊壓電式燃料電池。團隊成員于寧祥同學說：

于同學：
燃料電池是要靠氫和氧在質子交換膜上反應，會產生電和水，水是一個沒有汙染的產物。在一般的燃料電池中，氧氣端通常都以自然進氣的方式補充，但時常會有供應不足的現象，造成質子交換膜化學反應不佳，產生出來的電量就會變少，所以我們就靠著加入一個壓電片和PDMS（高分子材料）結合去擺動，使腔體內部空間有時被壓縮，有時會擴張，這樣的往復擺動就可以使空氣不斷的替換進入，讓燃料電池中的質子交換膜反應比較穩定。

當空氣進入燃料電池，空氣中的氧氣跟氫氣反應之後，氧氣會消耗掉，怎麼補充呢？簡單地說，是利用壓電片，連接著有彈性的高分子薄膜，您可以想像它有點像是醫生用的橡膠手套，當壓電片擺動，這個薄膜也會振動，造成電池內氣壓的改變。最後的結果，就是跟氫氣反應完，氧氣濃度比較低的空氣會被擠出去，新鮮的空氣則會補充進來，讓燃料電池有效地運作，同時產生的水氣被帶出，避免水分堆積在腔體，有效改善水管理問題。因為壓電片很省電，這項設計，可望改善燃料電池的效能。

至於為什麼使用蜂巢式的六角型結構，則是跟蜜蜂蓋房子一樣的道理，可以在節省材料的前提下，把六顆燃料雙電池組合在一起，而雙電池設計可達到類似飛機雙引擎的雙重保護措施，不會因為一顆損壞而失效。蜂巢結構也有助於解決燃料電池常見的熱堆積問題，具有結構堅固、善用空間、通風良好，而且可以像蜂巢一樣不斷擴充等四項優點。

今天的科學關鍵字，就是

壓電效應　Piezoelectricity

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【本單元由科技部補助製播】2014-09-21 16:55:00播出