子計畫四：友善環境農業新穎材料研發與安全評估
主持人：薛涵宇
團隊成員：鄒裕民、何孟書、吳宗明、劉雨庭
一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
本核心計畫目標在開發高價值化奈米農業材料，並評估其應用性。因應日趨增加的糧食需求，在環境保護與農業增產的平衡當中，我們開發了環境友善的奈米粉體做為生物防治農藥。奈米結構的氧化鋅是適用於永續農業發展的一種材料，基於其獨特的性質，它具有顯著的潛力可以減少有害化學農藥的殘留，也可因應安全有機食品需求的日益增長。在該研究中，我們通過調控水熱反應的時間來進行不同型態氧化鋅的合成，分別有奈米棒狀(一維)，奈米片狀(二維)，以及奈米花狀顆粒(三維)。接著，在幾種對農業造成嚴重威脅的植物病原體上，對這些多結構的奈米氧化鋅進行抗菌性能的測試。結果顯示，三維的奈米花狀顆粒氧化鋅表現出優於其他結構的抗真菌活性，而從掃描式電子顯微鏡也觀察到，花狀顆粒的奈米結構對植物病原體造成明顯的機械損傷。因此，由研究結果可知，三維的奈米花狀顆粒因其具有特殊的抗菌性能機械層，使其成為適用於永續農業的一種材料；進一步，我們應用此仿生皺褶表面於乾式黏著特性，如同靈長類的指紋。當靈長類開始直立而空出雙手可以進行抓取的時候，為了避免抓握時局部產生的過大表面張力，導致皮膚發扯破裂，因此需要產生指紋預留多餘的皮膚表面積，以應付抓握時產生的型變，大尺度的皺褶可以幫助抓住粗糙的表面並改善潮濕條件下的表面接觸，原本指尖的皺褶結構則可幫助局部表面排水，好比汽車輪胎胎紋或山坡溝壑，多皺指紋除了在水中抓撈物品具有功能優勢之外，對搭配手腳四肢的運用，對於攀爬濕滑樹幹也有實際幫助。由於皺褶雙層結構之表面多為硬質層，再多次拉扯後會造成表面破裂，因而降低乾式黏著的效力，有鑑於此，其表面硬質層必須除去，因此，我們選用可分解的高分子材料系統，如聚乳酸 (PLLA)，以上述的濕式釋放過程得到一具有同心圓狀分布的PLLA/PDMS表面皺褶型態，經過二次加熱強化PDMS機械性質後，經水解移除PLLA硬質層，即可得到具如同指紋表面的PDMS皺褶表面，由於其不具有硬質層，且PDMS為一柔軟可撓曲的材料，做為乾式黏著元件，具有可重複使用、表面自我清潔、柔軟與等向性乾式黏著能力等特性，在仿生肌膚與軟性電子元件等方面具有高度的應用潛力，進一步，我們將會用此皺褶表面開發抗藻塗層，此為下一年度研究重點。
(一)人才培育面向
參與學生人數14人，109年共培育碩士，博士共計11人，延攬研究助理3名。材料系薛涵宇助理教授指導材料系學生楊旻蓉、陳俊榕與簡志軒參加第2屆大專校院綠色化學創意競賽獲得銅牌獎；材料系薛涵宇助理教授指導材料系學生林敬勛與簡志軒參加第109屆材料年會獲得高分子/軟物質特性與應用組學生論文獎特優、指導材料系學生陳俊榕與謝宜庭獲得功能性陶瓷材料組學生論文獎優等、指導材料系學生張閎淇與黃景昱獲得複合材料組學生論文獎優等，與指導材料系學生何瑞芫與簡志軒獲得複合材料組學生論文獎優等；薛涵宇助理教授指導陳亭綸博士生2020年11月獲得優秀博士生獎助金4萬/月，為期4年，以及2020年獲得博士入學獎學金5萬元，與李長榮優秀博士生獎助金2萬/月，為期4年。劉雨庭副教授指導卓宴琳博士生榮獲2020科技部千里馬計畫補助博士生赴國外研究。
圖1.2020科技部千里馬計畫補助博士生赴國外研究
(二)學術研究面向
材料系薛涵宇助理教授開啟仿生皺褶材料之研究新領域，單一組成乾式黏著研究刊登於國際界面指標期刊《美國化學學會應用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces) IF=8.758，Rank: 11%，被選為當期補充封面故事，開啟仿生皺褶材料之研究新領域，單一組成乾式黏著研究刊登於國際界面指標期刊。
圖2. 2020研究成果海報(子計畫4)
封面圖說：論文獲選為當期補充封面故事
