聯合大學玻璃及光纖材料研究中心簡介

 

『玻璃及光纖材料研究中心』為聯合大學校級研究中心之一，成立於民國90年，其主要任務在傳承過去40餘年本校於玻璃材料教育與研究之經驗，匯集校內、外資源，共同致力於提升國內玻璃相關之技術與研發能力，強化我國在玻璃材料科學及工業上的競爭能力。

本中心由本校跨系所教師組成，結合了材料、光電、機械、化工、能源、與工設等領域的研究人員，設有4個實驗室（光纖製程實驗室、玻璃製程實驗室、玻璃性質分析實驗室(一)、玻璃性質分析實驗室(二)等）。在研究團隊的努力下，近年來更獲得經濟部、科技部、教育部等單位的經費補助，進行各項先進之玻璃材料研究，累積雄厚的經驗與數據庫，目前中心擁有玻璃相關專利43件，技術移轉15件，金額超過500萬元，同時也建構完整的玻璃製程與檢測分析設備。

中心另於2013年2月成立”玻璃技術與製造合作聯盟”，結合材料、機械、奈米科學、生物醫學影像暨放射、化工、能源、工設等領域的專業人員，與廠商會員分享最新的產業及學術新知，提供產業技術諮議的服務，協助會員間相互合作與規劃結合導向，衍生其他可能性之產學合作、實質技術移轉或新創公司的成立。此外聯盟已建置服務平台，協助會員對企業產品進行分析與研究，藉由中心的設備操作與人員的培訓，減少產業購置分析儀器的成本，與降低委外分析的費用。

實驗室

1.玻璃製程實驗室

是把玻璃從原料配製，再經高溫加熱熔融變成玻璃膏，澆鑄至模具鋼板上使玻璃成形後放入退火爐退火消除內部應力的實驗室。實驗室裡有調配原料用的實驗桌、儲存藥品的防潮藥品櫃、量秤原料的精密電子天秤、熔製玻璃的高溫電爐、退火爐以及玻璃研磨拋光機等等，此外還有玻璃高溫黏度儀，可加熱至1500^oC，得知黏度曲線對玻璃後續的加工有很大的幫助。

高溫玻璃熔爐	高溫玻璃黏度儀

 

2.光纖製程實驗室

 一般光纖預製體生產使用MCVD（改進的化學氣相沉積）方法製作光棒，這是一個高成本的生產技術。本實驗設備為降低成本，早期利用內外雙坩堝抽製光纖，可隨時變換core與clad的成分，不須利用昂貴的生產設備及過程降低所需的成本，後來改良成類棒管預型體的方式，改善光纖品質且開發多種特殊規格光纖，例如單模光纖(single mode fiber)、雙層纖殼光纖(double-clad fiber)、D型光纖(D-shaped fiber)。在測量線徑上，利用雷射線徑量測控制，測量X-Y雙軸線徑，可把光纖控制在符合的規格內，例如市售規格125μm ，配合線徑監測回饋裝置，可自動調整轉速及線徑的關係，也可利用X-Y雙軸線徑調整光纖的真圓度。此光纖抽製設備更是國內第一座自行組裝設計的光纖抽製裝置，可大量降低光纖抽絲塔設備購置的經費。

光纖抽絲塔結構外觀	雙坩堝法與類棒管法設計示意圖
摻鐿雷射光纖	摻鉺雷射玻璃

 

3.玻璃性質分析實驗室(一)

玻璃性質實驗室(一)主要為測量玻璃光學性質之實驗室，實驗室裡主要儀器有PL螢光光譜儀、稜鏡偶合儀、傅立葉轉換紅外光譜儀。

PL螢光光譜儀(一)	PL螢光光譜儀(二)

PL螢光光譜儀是利用激發光源打入待測的玻璃試片，量測試片吸收雷射能量後放出的特殊螢光，可做出螢光激發-放射光譜，圖一儀器量測範圍在200－800 nm，圖二儀器量測範圍在800－1600 nm，並可利用訊號鎖膜的方法比較入射光源以及偵測器接收到的信號光源之相位差可計算出此玻璃螢光的lifetime。

稜鏡耦合儀

稜鏡耦合儀是利用全反射的原理，量測玻璃樣品之折射率。量測波長為654、594、473nm，使用三種波長量測後之折射率可進一步算出Abbe number，其折射率量測範圍在1.54－2.4內。

傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)

傅立葉轉換紅外光譜(FTIR)是利用干涉儀產生干涉圖譜經由傅立葉轉換成IR的光譜。由IR光譜中可得到各種有機物官能基的振動光譜，也可量測玻璃中的鍵結，量測波數範圍在400－4000 cm^-1。

 

4.玻璃性質分析實驗室(二)

射頻濺鍍機 (RF sputter)

鍍膜的應用相當廣泛，在許多半導體製程、光學玻璃方面等等都使用到濺鍍製程。射頻濺鍍機是利用物理方法的鍍薄膜儀器。其內部運作基本配置於一真空腔體，具有濺鍍激發槍產生電漿。鍍膜原理是在真空腔體中產生高能電漿，利用電漿衝撞靶材(欲鍍物:金屬、陶瓷，或半導體材料)，將靶材原子撞擊出表面，使靶材原子附著沉積在基板上。在靶材與基板之間導入直流電或交流電，靶材為陰極，基板為陽極，而電漿中的離子帶正電(一般使用氬氣使其激發為帶正電電漿)，這些正電離子會往陰極移動，撞擊表面，而被撞出的靶材原子往陽極基板移動，最後沉積在表層。

薄膜製程可控制腔體中的氣體流量，通入其他氣體，基板加熱溫度來改變其製程因素。使用濺鍍方法的薄膜相較其他物理沉積薄膜製程(如蒸鍍等等..)可精確控制製程的參數，其成分控制較佳，能選用的鍍附材料較廣。而相較於一般化學沉積方法(CVD)，使用濺鍍的薄膜較緻密。

射頻濺鍍機：

高折射率量測系統

 

貴儀中心

本中心提供下列各項儀器使用服務，歡迎公私立大專院校及研究機構之研究人員來電預約使用時間。本中心並會依需要酌收材料成本及使用費用，歡迎多加利用。

 

儀器服務 :

‧ 電氣超高溫氣氛燒結爐

‧ 高溫玻璃熔爐

‧ 磷酸鹽玻璃光纖專用抽絲爐

‧ 高功率半導體雷射器

‧ 微型光波長可調濾波器

‧ 光纖光功率計

‧ 分光光譜儀

‧ Abbe折射儀

‧ 線上直徑監測儀

‧ 玻璃高溫黏度儀

‧ 射頻磁控濺射鍍膜系統(RF)

‧ 高折射率量測系統(稜鏡耦合儀)

Abbe折射儀	Beam Bending Viscometer

 

未來展望

在產業合作方面，輔導相關玻璃廠商，進行產學合作或技術移轉，培養跨領域的玻璃人才；中心亦不定期舉辦各項研討會，藉此增進相關領域人員之交流，吸收產業及學術新知。

未來更將加強與國際知名玻璃研究機構合作，吸收更多的玻璃技術與經驗，使本中心在玻璃領域之研究可與世界接軌，並計畫將研究成果推廣至業界，為台灣的玻璃產業注入新的格局。

 

未來任務

一、優化產業：促進玻璃技術產業間之合作，以提昇產業體系之健全發展。

二、支援產業實務：提供廠商玻璃專業知識，並協助取得政府部門相關產學計畫。

三、建立檢測規範：提供玻璃產業界玻璃製程與檢測技術專業服務。

四、使玻璃更具特色與市場競爭：輔導廠商開發新產品或新技術並參與玻璃技術國際性產業協商與活動，蒐集最新國際玻璃技術發展趨勢。