廣告
台大團隊開發矽光子偵測丙烯技術 避免氣體外洩重演氣爆悲劇
【記者王良博／台北報導】2014年高雄發生氣爆事件，當時因無法即時辨識外洩氣體丙烯，錯失應變時機，台大材料系特聘教授陳學禮研究團隊，結合半導體材料，開發出一項矽光子長波紅外氣體感測技術，能精準辨識丙烯及甲烷氣體，且即使20年前的半導體技術也足夠使用，成本低廉，可用於即時偵測、預防氣爆風險。
陳學禮今（2）日接受媒體採訪，介紹這項研究。陳學禮說，2014年發生高雄氣爆，關鍵原因是無法在第一時間發現丙烯氣體外洩，去年9月國內也發生某電廠的燃氣機組甲烷洩漏爆炸，凸顯出快速偵測有爆炸、燃燒風險的氣體很重要，他的研究團隊與台灣半導體研究中心研究員賴宇紳、陳仕鴻合作，開發出可於室溫運作的矽光子長波紅外氣體感測技術，能辨識可燃氣體丙烯（C3H6）與甲烷（CH4），研究成果3月發表時重要期刊《Journal of Hazardous Materials》。
陳學禮表示，研究如何偵測丙烯的研究非常小眾，此一技術的原理，是利用不同氣體分子的波長不同，設計出感測元件。
他解釋，過去鮮少能偵測丙烯的技術，是因為傳統氣體感測技術，大多需要藉由外加電力驅動，且常需在高溫下運作，等於增加燃燒、氣爆的更多風險，另外，傳統紅外光學偵測方法，對於丙烯的吸收訊號相對微弱，偵測難度很高，而他的團隊鎖定丙烯在11微米，以及甲烷在7.8微米的特徵吸收波長，分別設計高氣體選擇性感測元件。
這項以不同波長為基礎的丙烯、甲烷感測技術，是以矽光子進行，陳學禮說，矽是最便宜的半導體材料，一般矽光偵測器的截止波長約為近紅外1.1微米，難以直接應用於長波紅外光偵測，為克服此限制，研究團隊在此矽光感測器設計微奈米尺度的金屬結構，使入射的長波紅外光在金屬中產生表面電漿共振與激發熱載子效應，增強特定波長的光吸收與感測，突破傳統矽光子元件無法在長波紅外偵測上的限制。
對於這項丙烯及甲烷氣體辨識的技術，可以如何應用，陳學禮指出，團隊開發的感測器，偵測極限遠低於丙烯、甲烷的爆炸下限濃度，能在氣體達危險濃度前及早預警，因此，可以用於裝設在城市底下的氣體管線內，一但發生氣體外洩，就可立即偵測到、提前預警。
他也提到，此項技術需要用到的矽，是數百奈米到數微米的半導體，並非先進半導體，即使20年前的半導體廠都能生產，成本相當低廉。
