Energy Material
一. 目前研究重點
隨著全球對環保意識的重視，各項綠色法規逐步制訂，二氧化碳的排放量受到嚴格的控制，加上油價的上漲，讓大量使用燃油的汽機車使用者成為高油價下的犧牲品。有鑑於此，尋求可替代汽油的動力來源，已成為車輛產業最重要的研發目的。在眾多方案中，最受到矚目且可行性最高的方法，就是油電混合車(HEV)或電動車(EV)的推廣。HEV/EV最大的優點就在於減少二氧化碳等廢氣的排放，減少對環境的污染並達到節省能源的功效。若欲將鋰離子動力電池應用於HEV/EV中，其相對應之電極材料需具備高功率輸出之能力。傳統的鋰電池使用鋰鈷氧化物作為正極材料，當其進行快速充放電時，會引起晶格常數的劇變，造成結構不穩定使電容量快速損失。除此之外，鈷的價格昂貴，如要應用鋰鈷氧化物用於動力電池的正極，成本勢必相當高，不利於HEV/EV的推廣。根據鋰離子動力電池充放電特性、循環壽命、自放電特性以及安全性等評估後，高電壓LiNi0.5Mn1.5O4為最具潛力應用於下一世代鋰動力電池之正極材料。綜上所敘，可歸納出LiNi0.5Mn1.5O4在未來應用於能源產業上的優勢：
1. 具有高工作電壓，可提供高功率輸出
2. 材料結構穩定，安全性佳，電池循環壽命長
3. 原料豐富，價格低廉具環境可分解性且不具毒性
基於高功率、安全性與穩定性的考量，高安全性之鈦酸鋰負極材料與高工作電壓之鋰鎳錳氧正極材料為目前鋰離子二次電池之首選。本實驗室從幾年前開始與工研院、國家同步輻射中心、康普材料科技與芯和能源股份有限公司等業界進行合作，成果相當豐碩，目前亦全力鎖定鈦酸鋰負極材料與鋰鎳錳氧正極材料，重要成果列舉如下：
(一) 鈦酸鋰負極材料
1. 成功藉由改良固態法合成純相鈦酸鋰負極材料
2. 藉由元素定量分析結果顯示所合成之鈦酸鋰(Li4Ti5O12)，其鋰與鈦之計量比為4：5
3. 在0.5 C 慢速充放電速率下可達到170 mAg-1以上，並在100圈充放電測試可維持95 %的電容量。
4. 在5 C 快速充放電速率下可達到100 mAg-1以上，並在100圈充放電測試可維持80 %的電容量。
(二) 鋰鎳錳氧正極材料
1. 成功藉由改良式固態法合成純相鋰鎳錳氧正極材料
2. 藉由元素定量分析結果顯示所合成之鋰鎳錳氧(LiNi0.5Mn1.5O4)，其鋰鎳錳之計量比為2：1：3，符合所需
3. 在0.5 C慢速充放電速率下可達120 mAg-1以上，並在100圈充放電測試可維持90 %的電容量。
4. 在5 C快速充放電速率下可達100 mAg-1以上，並在100圈充放電測試可維持90 %的電容量。
目前鋰離子二次電池的市場以可攜式3C電子產品為主，隨著石油短缺以及環保意識抬頭，電動車與油電混合車慢慢崛起，材料的開發以高功率為主，除了整體的電壓需提高外，充放電的速率亦需增加。此外，電池在電動車的實際運作上，有可能會因為電動車運行的環境而迫使電池的操作溫度有所不同，像是北極或是其他高緯度的國家，電池所遭遇的溫度相當低，消費性電子產品之電池所涵蓋的操作溫度約為-20 oC ~ 60 oC，由於電子產品主要以攜帶式為主，因此操作溫度範圍較低。然而電動車之電池所涵蓋的操作溫度約為-30 oC ~ 70 oC，其溫度範圍略廣於消費性電子產品。再來是軍事用途，如太空梭備用之鋰電池所面臨的操作溫度最廣，從-50 oC到80 oC，電池所面臨的挑戰更為艱鉅。本實驗室將重點鎖定在電動車專用之鋰電池，低溫測試範圍為0 oC ~ -30 oC。此外，由於鋰電池之重心放在電動車的應用，低溫環境之快速充放電能力更是研究之重點。
本實驗室先前研發之鈦酸鋰負極材料可承受5 C之快速充放電，然而其電容量約為理論電容量的60 %，係因本身鈦酸鋰粉體導電度太低所致，當充放電速率提高時，電子因導電度的關係無法快速地在粉體內部傳遞，造成電容量的下降，本實驗室為了提升鈦酸鋰在低溫環境的快充快放能力，進行以下改質：
1. 在鈦酸鋰粉體表面纏繞多壁奈米碳管，減小粉體與粉體間的接觸阻抗，促進電子在粉體間的傳導，預期能提升鈦酸鋰負極材料之低溫性能表現。
2. 藉由高比表面積之多孔性結構的引入，增加電解液與材料的接觸面積，縮短鋰離子的擴散路徑，提升材料在低溫的快速充放電能力
3. 利用金屬元素摻雜增加粉體本身的導電度，加速電子在粉體內部的傳導能力，進而改善鈦酸鋰負極材料在低溫環境的快速充放電能力。
此外，本實驗室先前開發之改良式固態法雖能成功開發出高純度之鋰鎳錳氧正極材料，然而由於固態法使用之燒結溫度偏高，粉體晶粒偏大，低溫效能並不卓越，因此針對低溫性質的提升，進行以下改質：
1. 藉由高分子保護劑的添加，避免粉體產生團聚而降低粒徑大小，進而縮短鋰離子擴散路徑，增加鋰鎳錳氧正極材料之低溫性質表現。
2. 在鋰鎳錳氧粉體表面包覆碳膜，減小粉體與粉體間的接觸阻抗，促進電子在鋰鎳錳氧粉體間的傳遞，預期能提升鋰鎳錳氧正極材料之低溫性能表現。
二. 近年研究成果
近年來高能量密度之鋰離子電池已成為電動車及消費性電子產品之主要儲能系統，本實驗室多年來一直致力於開發具有最佳電性表現之鋰離子電池電極材料，亦與業界進行提升正極材料性能之合作計畫，材料系統包含具高容量密度之錫基複合負極材料與適用於電動車電池模組之高電壓鋰鎳錳氧正極材料與高安全性鈦酸鋰負極材料，近年來積極參與相關的國際會議報告及發表論文於國際期刊，成果頗豐，茲就近五年來電極材料相關研究計畫之重要結果扼述如下：
95年
題目：以無電鍍法製備鋰離子二次電池錫碳複合負極材料及其相關特性探討
合作廠商：工業技術研究院材料與化工研究所
主要研究成果：
在市售鋰離子電池中，多以碳材為其負極材料。這些碳材具有低電位平台、可接受之電容量及價格低廉等優勢。然而碳與鋰離子鍵結形成LiC6後，僅有372 mAh/g之理論電容量。為發展具有更高電容量之負極材料，近年來錫系統負極材料受到廣泛的重視與研究。金屬錫負極材有比碳材料更高的初始電容量（理論電容991 mAh/g），但也存在電容衰退過快的問題，其原因主要是因為充放電過程中鋰錫合金體積膨脹過大，導致錫負極材料碎裂。為解決此問題，許多錫化合物陸續被發展出來，包括氧化錫、錫系合金與錫磷化合物等等。這些新型負極材料具有比碳材較高的電容量及比金屬錫較好的循環性，然而這些錫化合物大多仍存在著錫粒子在充放電時凝聚成大尺寸凝團的問題，使得電極材料在多次循環後仍會碎裂而加速電容量的衰退。許多研究專家企圖找到解決這些問題的方法，目前已知製備奈米級與多相錫化合物可有效抑制粉碎問題。此外，若能將金屬錫分散在非活性物質中，抑或與非活性金屬元素形成合金相，或許是改善錫系統負極材料循環特性的可行方法。
藉由無電鍍法已成功的將錫化合物鍍附於碳材表面。由XRD之結果可發現，無電鍍液在不同的pH值之下，將可生成不同的錫化合物，並且在pH值為6的情況下，具有最多元的結晶相，在經由充放電測試後，同時也可得到在pH值為6時具有最佳之電性表現，包括可逆電容量與循環壽命。而能具有較佳之電性表現，主要在於無電鍍液pH值為6時，Sn compound 產生了 multi-phase，並藉由multi-phase 有效的吸收了充放電過程中體積膨脹所產生之應力。利用無電鍍錫所合成之錫化合物/碳材複合負極材料 在第一圈時具有450mAh/g之充電電容量，並且在第40圈後仍具有410mAh/g放電電容量，可知藉由無電鍍法可獲得高可逆電容量與高循環穩定性之鋰離子電池負極材料。
98年
題目：高能量鋰電池正極材料結構穩定性研究與極板表面XPS失效分析
合作單位：工業技術研究院材料與化工研究所
主要研究成果：
鋰離子電池可廣泛應用於在可攜式的系統，像手機、筆記型電腦和其它通訊應用上。由於鋰離子電池有高電壓和循環壽命長的優點，將來可能被用應用在電動車上。其中LiNi0.5Mn1.5O4為一頗具潛力之正極材料，而其粉末的製造方法明顯的影響其循環壽命與電容量，目前有許多的合成方式，例如sol-gel法，超音波噴霧裂解法和熔鹽合成法。然而這些方法都有些缺點，如製程太複雜或無法製備較大量的粉體，較不符業界大量生產之原則。為了改善傳統固態法的缺點，本實驗採用一改良之固態法製備LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料。使用適量之LiCl、NiCl2．6H2O、MnCl2．4H2O，分別與不同(20、50、70%)草酸量均勻混合。然後將混合後之前驅物在400 ℃煆燒3 h，最後再將此粉末在700 ~750 ℃煆燒10 h後製備出LiNi0.5Mn1.5O4粉末。合成之粉末以X光繞射儀，電子微探儀及高解析度電子顯微鏡來分析LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料之成份與元素分布及表面形貌，再以充放電儀測試電池在高溫(55 ℃)與室溫之快速充放電能力。
另外，本計畫針對LiFePO4、LiMn2O4、LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NiCoMn)O2等電極材料所製備之鋰電池進行正負電極之化學分析電子能譜表面成分分析。進行充放電測試，比較失效前後表面成份與鍵結的變化，以發現充放電對電極可能產生的效應，並推估其反應機制。
99年
題目：利用固態法製備高功率鋰離子二次電池之正極材料鋰鎳錳氧
合作單位：國立清華大學研發處
主要研究成果：
由於石油危機及全球暖化的來臨，許多研究學者積極尋找新的替代能源取代石油成為汽車新動力的來源。在許多能源研究中，鋰離子二次電池的研究係箇中主要的議題之一。與其他二次電池比較，如鉛酸、鹼性、鎳鎘和鎳氫電池，鋰離子二次電池擁有相當多優異的性質，所以鋰離子二次電池在未來有可取代石油成為3C電子設備、電動車和混合車的動力來源。本實驗室從2000年開始發展鋰離子二次電池之正極材料，包括1D通道之LiFePO4、2D通道之LiCoO2和LiNi0.6Co0.4-xMnxO2以及3D通道之LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4。目前符合電動車需求的正極材料，以LiNi0.5Mn1.5O4具有較高電位平台與較好的電化學性質，同時LiNi0.5Mn1.5O4也有與LiFePO4 (安全性較高的正極材料)相似的安全性質。總括來說，LiNi0.5Mn1.5O4正極材料有比LiCoO2較高的電位和較好的安全性，有潛力成為新型高性能的鋰離子電池正極材料。
一般藉由縮小粉體之粒徑尺寸可減少鋰離子的擴散路徑，提高快速充放電的性質。但在高溫測試方面，奈米尺寸之正極材料會增加與電解液接觸之面積，造成電解液不穩定與安全性問題，以致電容量下降。基於此，有人建議在正極材料表面披覆氧化物來減少與電解液之接觸面積，進而改善循環壽命，但其製備成本也跟著提高。現今商用的正極材料，其粉體之粒徑尺寸約為10 μm左右，此粉體可有效降低與電解液接觸之面積，提升鋰離子二次電池在高溫之電性。但由於粒徑較大，鋰離子的擴散路徑太長，造成電流供應不及，通常只可提供不到一半的電容量。綜上所述，奈米粉體有提供快速充放電的能力，但是在高溫測試方面電性卻快速衰退。而微米大小之粉體在高溫測試下有較良好的循環壽命，可是其粒徑大，無法達成快速充放電的目標。基於以上考量，本實驗室結合多年來深入研究之能量，規劃製備出微米大小且擁有多孔性之結構來解決高溫電性衰退迅速與無法快速充放電之問題。由於此粒徑大小為微米等級，與電解液接觸面積較小，又由於擁有其多孔性結構，在快速充放電條件下，鋰離子擴散路徑也較短，預期此結構在室溫與高溫下都可有優良的電性表現。
為了滿足鋰離子二次電池運用在電動車上之要求，尤其是循環壽命長及快速充放電能力，本計劃利用微米大小粒徑且擁有多孔性之結構將可在室溫快速充放電1000圈，其電容量仍然保有80%以上之表現。同時測試此新型電池的快速充放電能力，而在高溫測試方面也期待此多孔性結構能快速充放電達200圈以上。
99年
題目：研發高結構穩定性之鋰離子二次電池之鈦酸鋰負極材料
合作廠商：芯和能源股份有限公司
主要研究成果：
目前符合電動車需求的負極材料選擇Li4Ti5O12，此材料在充放電過程晶格常數幾乎不變(0.836 nm→0.837 nm)，所以其充放電測試可高達1000圈以上。同時，其材料之工作電壓(1.5 V)高於目前常用電解液之分解電壓，不會生成SEI層造成安全性問題，有潛力成為一種新型高性能的鋰離子電池的負極材料。
本實驗室完成負極材料Li4Ti5O12之製備。以實驗室自我研發之合成方式製備出多孔性無雜質奈米級之Li4Ti5O12負極材料，並以X光繞射儀，電子微探儀及高解析度電子顯微鏡來分析材料之成份與元素分布及表面形貌，再以充放電儀測試電池室溫之電性與快速充放電之能力。
為了滿足鋰離子二次電池運用在電動車上之要求，尤其是循環壽命長及快速充放電能力，本實驗室成功的製備奈米級之Li4Ti5O12負極材料，其擁有micrometer粒徑且擁有多孔性之結構將可在室溫0.5 C慢速充放電100圈，其電容量仍然保有95%以上之表現。而多孔性負極材料Li4Ti5O12在未披覆碳的情況下預期也能在5C之快速充放電測試100圈，其電量維持率仍然保有80%以上之表現。擁有這些特徵性質的表現將可驅動此特殊設計的Li4Ti5O12成為新型的鋰二次電池負極材料，俾為未來之電動車能源開發做有效的鋪路。
三、鋰離子二次電池之材料議題
目前，能源問題備受矚目，而鋰離子二次電池的研究係箇中主要的議題之一。另外，可攜式的電子設備用途非常廣泛，例如手機、個人電腦、MP3播放器和iPod，這些應用都要求高能量密度，且消費者渴望更小、更輕、壽命更長的產品。與其他二次電池比較，如酸鉛電池、鹼性電池、鎳鎘電池和鎳氫電池，鋰離子電池擁有相當多優異的性質，如(1)高工作電壓、(2)循環壽命長、(3)高重量密度和容量能量密度、(4)快速充電能力和(5)沒有記憶效應。所以，鋰離子二次電池廣泛地被使用在3C電子設備、電動車和混合車上。
影響鋰電池的性能有很多，其中最重要的是材料選擇以及充放電過程材料的演變。在鋰電池的充放電過程中，鋰離子會經由電解液在正、負極之間移動，鋰離子在正負極則藉由崁入、崁出的方式進出材料本體。因此，為了讓鋰電池能充分運用，觀察材料在充放電過程的轉變是很重要的。
商業上最常見的鋰電池，其正極為鋰鈷氧材料，負極由石墨組成，中間由隔離膜隔著正負極，並且在電池裡面通入電解液。然而，由於鋰鈷氧材料價格昂貴且具有毒性，研究人員開發出許多正極材料來取代鋰鈷氧材料。此外，為了提升鋰鈷氧的電池循環特性，更有學者利用表面改質來增加電池性能。另外，縮小粉體的粒徑尺寸也是一個很有效的方式來增加電池在高速充放電的性質。另一方面，許多學者開發新的材料系統取代原有的石墨負極材料，其中以錫基負極為當今最熱門的材料系統，由於它擁有極高的理論電容量。而克服在充放電過程產生的體積膨脹是錫基負極材料現今最需解決的議題。
本實驗室從2000年開始發展鋰離子二次電池之正極材料，舉凡1D通道之LiFePO4、2D通道之LiCoO2 和LiNi0.6Co0.4-xMnxO2 以及3D通道之LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4都為其研究範疇。鋰離子二次電池在充放電的過程中常因結構的破壞造成電性的衰減，所以改善其結構的穩定性是最主要的議題。另外，更著力於研發錫基負極材料，此外，更嘗試縮小粉體的粒徑來增加在快速充放電的能力。
1. 目前之研究專題
1.1 鋰電池正極材料開發
1.1.1 利用改良之固態法製備奈米級之鋰鎳錳氧正極材料
鋰離子二次電池將來可能成為在電動車的動力來源，所以發展高能量與使用壽命長的能源是必需的。近來也開始研究高工作電壓的正極材料鋰鎳錳氧，致力於提升鋰離子二次電池的電容量、高溫循環壽命以及最重要的安全性問題。在多數的5 V材料中，鋰鎳錳氧正極材料表現出優越的電化學性質，同時，Jahn-Teller效應和Mn離子溶出等問題大大的降低。另外，它提供高容量與高工作電壓(4.5 V)之上。研究能提供高能量和高電量的鋰離子二次電池，主要目標是合成無雜質、高結晶性、高容量及能快速充放電之鋰鎳錳氧粉末。本實驗室已開發一改良式之固態法，此方法能降低其合成溫度並且能均勻的混合，以合成5V無雜質正極材料鋰鎳錳氧，同時將討論其正極材料在高溫與其室溫之電性。為了達到高能量輸出之鋰離子二次電池，放電的能力必須有所改善。當粒徑較小時，鋰離子嵌入材料的路徑較短，即能提供較快之傳輸動能，同時也加強其放電能力。本實驗藉由添加不同量之草酸以控制粒徑，達到縮短鋰離子擴散路徑，並將討論其所製備出奈米級之鋰鎳錳氧其快速充放電能力。
1.1.2藉由臨場X光探討鋰電池正極材料的相轉換、價數變化與電化學特性
常見之鋰離子二次電池正極材料為鋰鈷氧，然而因為價格貴且有毒，許多學者研究其他正極材料想取代鋰鈷氧。由於鋰鎳氧結構與鋰鈷氧相近，且價格便宜又擁有較高之電容量，因此鋰鎳氧材料廣受大家矚目。然而鋰鎳氧之電池穩定性差，尤其在快速充放電測試更加不穩，有學者利用過度元素金屬取代鎳，因此擁有α-NaFeO2結構之鋰鎳鈷錳氧問世了。此外，改變鈷與錳的含量，新型之層狀鋰鎳鈷錳氧材料亦誕生了。本實驗室採用共沈法合成氫氧化鎳鈷錳先驅物，再將其與碳酸鋰混合，高溫氧氣的環境下煆燒得到鋰鎳鈷錳氧正極材料。經由充放電測試後可知，LiNi0.6Co0.25Mn0.15O2的初始電容為178 mAhg-1，經過20圈循環後仍維持98％的電容量。因此鋰鎳鈷錳氧正極材料在鋰離子電池上的應用具有極大的潛力。
為了再提升材料的電性與熱穩定性，選擇添加少量的鎂元素於LiNi0.6Co0.25Mn0.15O2材料中。利用氫氧化物混合法可以成功的合成出具有高結晶度α-NaFeO2 結構的LiNi0.6-yMgyCo0.25Mn0.15O2。由X光繞射圖譜中（003）與（104）峰強度的比值可以發現鎂的添加可抑制陽離子錯位，在室溫及攝氏55度下的鎂添加於材料中有助於提升電性。
1.1.3以固態法合成LiFePO4/C正極材料與其電性之探討
LiFePO4正極材料為目前當紅的材料，其擁有好的熱穩定性與電池循環壽命、便宜與優越的環境相容性。此外，LiFePO4擁有170mAhg-1之電容量，適用於目前電動車的市場。然而，導電度不足會限制LiFePO4的商業化。為了提升粉體導電度，本研究使用固態法在燒結溫度750度下合成LiFePO4粉末，在製程溫度650到800度添加葡萄糖做為碳源合成多種複合材料LiFePO4/C。鍍碳的方式使LiFePO4的導電度增加，同時也提升LiFePO4的電容量與改善電池穩定度。Fe2P雜相的存在能有效地增加LiFePO4/C的導電性，適量的Fe2P更能降低LiFePO4/C在高速充放電時的極化現象。但是過量的Fe2P會阻礙LiFePO4/C的1D鋰離子進出通道，致使其電容量在高速充放電下有下降的情形。因此，LiFePO4中Fe2P的含量對於電性有很大的影響，本研究亦利用Rietveld refinement分析Fe2P的含量。
1.1.4高工作電壓鋰鎳錳氧正極材料之合成與其電化學行為的改善
鋰鎳錳氧能成為5V正極材料最具潛力的當紅炸子雞，都應歸因於楊泰勒晶格收縮與錳溶出的現象被抑制。此外，在高於4.5V之電壓下，鋰鎳錳氧能提供所有正極材料中最多的電容量，且幾乎沒有出現4V的平台。最近研究更顯示，達到鋰鎳錳氧劑量比之材料其電容量高達120-140mAhg-1，其值相當接近鋰鎳錳氧之理論電容量。因此，鋰鎳錳氧廣受重視。此外，為了提升鋰電池的效能，使其能夠達到在下個世代的油電混合車或電動車所需的高功率輸出。鋰鎳錳氧正極材料必須要具備有快速充放電的能力。在本研究中，藉由一新穎的粉體合成製程，搭配溶膠凝膠法與燃燒法，成功地產出具有快速充放電能力的純相鋰鎳錳氧粉體。在較為低的600 oC煆燒溫度下，所得之產物是具有奈米結構且結晶性良好的鋰鎳錳氧粉體。而此粉體展現出了相當優異的電化學性能，於慢速充放電之下，電容量為133 mAhg-1。更重要的是，其以10 C的高速放電測試時，仍可得到122 mAhg-1的高電容量。
1.2 鋰電池負極材料開發
1.2.1 奈米級之錫碳核殼複合負極材料之製備
在商用鋰離子二次電池中，主要都是由石墨當負極材料，然而石墨的理論電容量只有372mAhg-1。許多學者利用純金屬錫當負極材料，因為它的電容量高於碳材，而錫基負極材料最大的問題是充放電過程所產生的體積膨脹，因為不同的鋰錫合金其體積皆不同，因此充放電過程導致之體積膨脹會促使極板產生碎裂，最後失去鋰離子之傳導能力。為了解決體積膨脹過大導致電池穩定性不佳的問題，有學者利用縮小粉體來提升電池循環壽命。此外，錫碳複合材亦可提升電池穩定度，因為延性的碳材能容忍體積膨脹所產生的應力。因此，本研究中搭配溶膠凝膠法、碳膜鍍製與碳熱還原法製備錫碳核殼複合負極材料。
1.2.2利用碳熱還原法製備錫-氧化錫-碳粉末
為了減少體積膨脹所產生的應力，選用錫-氧化錫-碳之負極複合材。氧化錫在充放電後會還原成純金屬並產生氧化鋰，氧化鋰能當成體積膨脹的緩衝物，因此適當比例之錫與氧化錫，除了能提升整體電容量外，更能促進電池穩定性。本研究中利用碳熱還原法製備錫-氧化錫-碳之複合負極材料，藉由調整還原溫度調變錫與氧化錫結晶之比例。
1.3燃料電池
1.3.1利用碳熱還原法製備質子交換膜燃料電池之非貴重金屬觸媒
在氫-空氣質子交換膜燃料電池中，由於白金的蘊藏量稀少，成本高昂，使得燃料電池在應用上，受到極大的限制。因此，如何取代貴重金屬白金觸媒，一直是工業界的目標。本研究將利用碳熱還原法，以硝基苯胺為前驅物製備出非貴金屬觸媒材料系統。
1.3.2 製備高氮不鏽鋼運用於質子交換膜燃料電池之雙極板
運用於質子交換膜燃料電池的雙極板之理想材料需要高的抗腐蝕性質、好的導電度、化學穩定性與熱穩定性。利用碳材當作雙極板材料是不錯的選擇，然而碳材之易脆性與氣體滲透性不佳需要有所改善。因此，可利用不鏽鋼取代原有的碳材當雙極板，即使不鏽鋼之接觸電阻略高於石墨。此外，亦有學者指出在不鏽鋼添加氮能有效提升抗腐蝕性質，因此，本研究希望藉由氮的添加增加不鏽鋼的耐蝕性，期望能運用於質子交換膜燃料電池之雙極板。
2. 過去之研究專題
2.1 正極材料開發
2.1.1 鋰電池鋰錳氧正極材料鍍覆鋰硼氧在高溫充放電之微結構與電性表現
當正極材料與電解液接觸時，由於電解液分解生HF進而攻擊正極材料造成Mn的溶出。特別是在高溫55℃時，其現象更為明顯。為了解決這個問題，在正極材料表面做鍍覆氧化物的處理是有效方式去減少電解液與正極材料的反應。此表面處理能減少正極材料在充放電過程中減少與電解液的接觸面積和進一步減少Mn溶出。藉由固態法或化學溶液法鍍覆鋰硼氧化物至鋰錳氧的表面。鋰硼氧鍍覆量為 0.3 wt％的鋰錳氧正極材料經過 20 圈的充放電測試後，只損失了7％的初始電容量，比未經表面改質的鋰錳氧的15％要低的很多。表面改質技術確實可以抑制電容量的衰退。
2.1.2藉由同步輻射光源探討鋰錳氧鍍覆鋰銅錳氧之鋰電池正極材料在高電流之相轉變
此研究著重在利用同步輻射之高能X-ray技術即時觀察其正極材料LiMn2O4鍍覆LiCuxMn2−xO4 (銅取代鋰錳之氧化物)，確定其經由鍍覆之正極材料是有效的方法去減少與電解液的反應。經鋰銅錳氧鍍覆以及未經鍍覆的鋰錳氧，在 0.1C，0.5C 和 1C 等不同電流速率下於電壓 3 到 4.5 伏特間充放電之相變化可藉由同步輻射之繞射光譜來鑑定。結果顯示，未經鍍覆及鋰銅錳氧鍍覆之鋰錳氧的電位平台之電位差為 50 mV。其原因為經鋰銅錳氧表面改質後，鋰錳氧的內部傳導速率提高所致。從吸收光譜的分析中，可以得知在鋰銅錳氧鍍覆之鋰錳氧尖晶石結構裡面，銅與錳的價數分別較為接近正二價及正四價。藉由吸收光譜的分析，亦可證實透過表面改質技術，尖晶石相中之錳會偏向正四價，進一步抑制了楊泰勒晶格收縮(Jahn-Teller distortion)，而達到改善電性表現的良好結果。
2.1.3創新之表面改質技術運用於鋰錳氧鋰電池正極材料
在鋰離子二次電池中，錳溶解到電解液裡是由於電極與非水電解液直接接觸造成的反應，此反應主要發生在正極材料的表面。所以為了避免此反應發生，在正極材料進行表面改質是個有效的方式減少電解液與正極材料的接觸，進而避免負面反應發生。由共沈法製備之鋰錳氧正極粉末與欲鍍覆之材料混合燒結而形成擁有不同晶粒大小、晶粒分佈及表面形態之尖晶石結構。鍍覆鋰銅錳氧之鋰錳氧正極材料在0.5C與0.2C的充放電速率下，其電性衰退分別為11.98%和11.93%，此電性相較於未鍍覆之材料較為優越。此結果說明了鋰錳氧鍍覆鋰銅錳氧正極粉末能降低其衰退速率，特別是在較高的充放電速率。其較佳之電性表現主要歸因於減低正極材料與電解液的接觸，同時也降低了錳的溶解。
2.1.4 藉由即時觀測之吸收圖譜觀察表面改質之鋰錳氧正極材料
本研究藉由表面改質之鋰錳氧鋰電池正極材料減低正極材料與電解液之接觸，希望減少電池之衰退速率和提升電化學表現，特別在較高之充放電速率之電池測試。此外，更藉由即時觀測之吸收圖譜觀察充放電過程中之氧化態的變化、電子組態與內部中心原子間的距離。在這項研究，經由表面改質後的鋰錳氧之微結構、價數的改變與鍵結狀態都有詳細的探討。從吸收光譜的分析，其錳-氧鍵結及錳-錳（或銅）鍵結在充放電過程中的變化趨勢亦與價數變化的趨勢符合，係為一可逆程序，鍵長隨著鋰離子遷出尖晶石結構縮短，反之則鍵結隨之拉長。藉由吸收光譜的分析，亦可證實透過表面改質技術，尖晶石相中之錳會偏向正四價，進一步抑制了楊泰勒晶格收縮的現象，而達到改善電性表現的良好結果。
2.1.5鍍覆奈米級氧化鋅顆粒於鋰鈷氧鋰電池正極材料之表面
鋰鈷氧正極材料是目前鋰電池應用最廣泛的正極材料，而鋰鈷氧在充放電過程中，結構的改變與鈷在電解液中的溶解，均會導致電池衰退的速率加快。近來，利用金屬氧化物在正極材料進行表面改質皆能使電化學性質有所改善，因此是個相當具潛力的方法。本研究利用濕式化學法將奈米氧化鋅顆粒鍍覆於鋰鈷氧正極材料表面，此外，氧化鋅的含量對於電性的影響與表面改質後鋰鈷氧的結構變化，亦是本研究探討之重點。
2.1.6 藉由鍍覆奈米級氧化鋅於鋰鈷氧正極材料表面提升電池循環壽命
鋰鈷氧正極材料在高電壓之充放電測試能藉由氧化鋅的鍍覆而大幅提升，高速充放電能力亦能有所改善。因此，本研究藉由掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡、能量分佈儀與交流阻抗從表面化學的觀點探討氧化鋅在充放電過程扮演的角色，並探討表面結構與電性間的關係。
2.1.7燒結溫度對於鍍覆氧化鋅之鋰鈷氧正極材料電化學性質之影響
利用金屬氧化物對於鋰鈷氧正極材料進行表面改質，能有效地減緩材料在高電壓充放電時的衰退速率。本研究將探討濕式化學法中，利用不同的煆燒溫度對於氧化鋅之表面形貌與結構的影響。結果證明，鍍覆氧化鋅於鋰鈷氧正極材料表面確實是個可行的方式來提升在鋰鈷氧材料在高電壓充放電時的電化學性質。
2.2 負極材料開發
2.2.1 多相錫化合物/介穩相球狀碳之鋰電池負極複合材料
由於市售鋰電池之負極材料石墨理論電容量太低，因此引入錫基化合物以提升整體電容量。為克服錫基負極材料電容量衰退迅速之問題，在錫基材結合碳材減少充放電過程因體積膨脹所導致的應力，以改良式無電鍍製程，將錫基負極材料鍍覆於碳質基材，使碳材吸收充放電過程中鋰錫合金體積大幅變化所產生的應力，藉以延長此負極材料之循環壽命。利用此無電鍍製程可在碳材上同時鍍覆金屬錫、錫磷化物及磷酸錫。此多相鍍覆之複合負極材料將比單相錫基化合物具有更好的電化學性質。
2.2.2 利用無電鍍法鍍製鎳錫磷於介穩相球狀碳
錫碳複合負極材料由於擁有高電容量且高穩定性，目前最被廣泛探討且具商業化潛力的新型負極材料，然而，為了更進一步提升整體電池穩定度，添加鎳金屬希望當成電池充放電過程體積膨脹的緩衝物。在本研究中，利用改良式無電鍍法製備奈米級之鎳錫磷-介穩相球狀碳複合負極材料。藉由電子微探儀分析，奈米級之鎳錫磷不僅鍍製於介穩相球狀碳表面，甚至進入介穩相球狀碳裡面。因此奈米級鎳錫磷-介穩相球狀碳複合負極材具有優異的電化學表現，將成為新穎的鋰離子二次電池之負極材料。
2.2.3以無電鍍法製備鋰離子二次電池錫碳複合負極材料及其相關特性探討
近年來錫系統負極材料受到廣泛的重視與研究。金屬錫負極材料有比碳材料更高的初始電容量（理論電容991 mAhg-1），但也存在電容衰退過快的問題，其原因主要是因為充放電過程中鋰錫合金體積膨脹過大，導致錫負極材料碎裂。為解決此問題，許多錫化合物陸續被發展出來，包括氧化錫、錫系合金與錫磷化合物等等。這些新型負極材料具有比碳材較高的電容量及比金屬錫較好的循環性。然而這些錫化合物大多仍存在著錫粒子在充放電時凝聚成大尺寸凝團的問題，使得電極材料在多次循環後仍會碎裂而加速電容衰退。許多研究專家企圖找到解決這些問題的方法，目前已知製備奈米級、多相錫化合物可有效抑制粉碎問題。此外，若能將金屬錫分散在非活性物質中，抑或與非活性金屬元素形成合金相，或許是改善錫系統負極材料循環特性的可行方法。近來有文獻揭示，結合碳材與金屬錫、氧化錫或錫合金形成複合材料可大幅提升電池循環性。此複合負極材料之電性表現將受到材料系統、粒徑大小及分佈與錫含量…等因素影響，較理想的是將奈米級化合物與碳材均勻混合之複合負極材料。本研究將採用具有商業化潛力的無電鍍製程作為製備錫碳複合材料的方法。藉由系統化的研究方法，改變不同的酸鹼值與前驅物濃度，期能尋找可製備具有最佳電性之材料的製程參數，並深入探討所得錫碳複合負極材料物性微觀結構與電性之間的關連性。
2.2.4利用無電鍍製程合成錫化物/混合碳材之鋰電池負極材料
碳材料目前已廣泛的應用在鋰電池，然而碳的理論電容量僅有372mAhg-1，為提升鋰電池之電容量，因鋰錫系統之材料受到廣泛的研究。然而這些材料系統都存在著體積膨脹的問題。在本研究中，將由無電鍍法並以混合碳為底材，合成錫/混合碳材複合負極材料，縮小錫化物之顆粒，並使錫化物分布均勻。藉由此製程將可有效提升可逆電容量與充放電時之循環穩定性。
四、 新型鐵磁薄膜之開發於高頻電感應用
隨著無線通訊與可攜式電信產品趨向高頻化與小型化的趨勢下，傳統離散式被動元件的尺寸與功能已逐漸無法符合所需，故被動元件之薄膜化積體製程係通訊產業持續發展之關鍵技術之一。就最基本三種被動元件中，如何將通訊晶片中佔最大面積且最重要之磁性元件―電感，整合至積體電路中是一項迫切的課程。將電感整合進積體電路之中能夠大幅的降低元件尺寸，重量，以及雜訊，並使元件上走向晶片化(system-on-chip)的趨勢。許多可攜式無線通訊產品及濾波元件都使用相當高的頻率，因此需要一個能夠在高頻下使用的電感，並整合進積體被動元件中。理想上的電感應該具有相當高的電感值(L)以及品質因子(Q)，並具有低電阻損失以及寄生電容等特性。然而，要提高此類電感在高頻之下的電感值及品質因子是相當不容易的。由Shinji Tanabe於1999年發表在IEEE Transaction on Magnetics的文獻，利用three dimensional finite element method（3D-FEM）模擬的技術，得知一個上方搭配有鐵磁薄膜的平面式電感（ferromagnetic thin film on the top），其相較於單純電感（air coil inductor）的電感數值（inductance）之提升率最佳化約能達到65%的程度。(在此模擬中，鐵磁薄膜的厚度為0.1～1 mm，導電率為105～106 S/m，μ’～1 - 300；thin film inductor：圈數為5，line width/ space width為11/33，導電率為3×107 S/m，絕緣層為2 mm厚的SiO2，其介電常數為3.85)。基於以上的原因，希望藉由新型鐵磁薄膜之開發，並與平面式螺旋電感整合，以製造出一個能夠在高頻下使用之平面式薄膜螺旋電感，並整合進無線通訊的積體整合被動元件，如高電力DC-DC轉換器。
而傳統市面上所使用的磁性材料主要為鐵氧體 (Ferrite)，一般以鐵氧體所組成的元件，係以塊材或厚膜為主。此類型的元件其飽和磁化量，一般而言較金屬鐵磁物質(如Fe，Co，Ni的合金系列)來的低，且在高頻時，其透磁率有一定的極限。然而金屬鐵磁材料雖具有高飽和磁化量的特徵，但因其電阻率低，所以在高頻應用時，渦電流（Eddy current）損失變成是一大問題。隨著元件的輕薄短小化，塊材或厚膜材料，漸漸地可能被薄膜材料(數個mm以下的厚度)所取代。另外，由於透磁率正比於飽和磁化量，隨著高Q值的要求，高透磁率已是高頻元件中不可避免的挑戰。由於這些需求，金屬鐵磁薄膜成為大家所研究的重點。為克服其電阻率低的問題，各研究機構積極研發非晶質或奈米晶的金屬鐵磁薄膜，使其共振頻率值能達到數百MHz的等級，並仍具有高Q值與透磁率。
由於FeCo系列合金具最高的飽和磁化值，因此本實驗室以FeCoMY鐵磁薄膜之製程參數為主，其中M為金屬元素之添加物(如:Al、Hf、Zr、Nb)，Y為非金屬元素之添加物(如:B、O、N)，使鐵磁薄膜形成非晶態或奈米晶的金屬鐵磁薄膜，提高其電阻率(降低Eddy current loss)為主要的考慮。
一般來說，電感之使用頻段不同，鐵磁薄膜之性質要求也有所不同，主要可分為兩個部分：一為搭配高頻電感所使用之鐵磁薄膜，需要有高的鐵磁共振頻率(fFMR)與磁異向性場(HK)，另一部份則是搭配中低頻電感所使用之鐵磁薄膜，需要高的透磁率(μ’)與低的磁異向性場(HK)。目前在高透磁率之鐵磁薄膜主要應用在功率電感上，未來將與DC-DC轉換器做整合。以下就本實驗室在鐵磁薄膜的鍍製方式及其成份與微觀結構做一探討，並針對軟磁性質與高頻頻譜之表現進行介紹。
1. 目前之研究專題 (中低頻電感應用-高透磁率鐵磁薄膜及高感值平面電感之開發)
1.1 平面螺旋電感之製作
本電感先以(DC)直流磁控濺射鍍製鐵磁薄膜於矽基材上，再用黃光微影(Photolithography) 把光阻配合製作的光罩與曝光機，經塗佈、曝光(Exposure)、顯影（Developing）與濕式蝕刻(Wet Etching)等製程技術，定義多層式金屬薄膜圖案。在定義出的圖形中，將polyimide作為各層間的絕緣層，以電鍍方式形成銅導線、通道與架橋等電感結構。
期盼將鐵磁性薄膜與電感整合，可大幅地提升電感的感值(L)及Q值，將來可以應用到DC-DC converter，為 3C 電子產品往輕、薄、短、小發展，提供可行的方案。
1.2 鐵鈷鋁三元薄膜之製備及高頻磁特性之探討
FeCoAl磁性薄膜分別用Fe7Co3與Al為靶材，以RF磁控濺射方式鍍製。此研究探討FeCoAl磁性薄膜在初鍍膜狀態與加場退火後，在磁特性與高頻性質上之變化。FeCoAl磁性薄膜在加場退火後，具有較佳之軟磁性質，其磁異向性場約為50 Oe、矯頑場為5 Oe，而透磁率(μ’)更高達1000的表現，鐵磁共振頻率(fFMR)在2.1 GHz。
1.3 鐵鈷鉿氧軟磁薄膜其氧含量對高頻特性與電性之研究
使用Fe7Co3與Hf為靶材，以DC磁控濺射方式鍍製，並調變不同之氧流量， 得到不同氧含量31 to 40 at% 之FeCoHfO磁性薄膜。將鍍製完之FeCoHfO磁性薄膜進行3小時300oC之熱退火處理。研究中發現氧含量之改變對磁疇結構、高頻特性及電阻率有明顯的影響。隨著氧含量之增加超過36.5 at%時，stripe domains有消失的情況，因此具有較低之磁異向性，在電阻率的表現上，隨著氧含量之增加而遞增。在氧含量為36.5 at%時，電阻率約為836 μΩcm；而在高頻部分，其鐵磁共振頻率(fFMR)為2.6 GHz，透磁率(μ’)約有240。
1.4 鐵鈷鉿氧/氧化鋁多層鐵磁薄膜其置入氧化鋁層數對軟磁性質與高頻特性之分析
使用Fe7Co3、Hf、Al為靶材，以DC磁控濺射方式鍍製，並改變置入氧化鋁層數，獲得不同層數氧化鋁之FeCoHfO/AlOx鐵磁多層薄膜。將鍍製完之FeCoHfO/AlOx鐵磁多層薄膜對其易軸方向進行3小時300oC之場退火熱處理。研究中發現隨氧化鋁層數增加，stripe domains有消失的情況，因此磁異向性場有下降的情形。在電阻率方面，FeCoHfO/AlOx鐵磁多層薄膜之電阻率都在1000 μΩcm以上。當氧化鋁層數到達九層時，具有較佳之軟磁性質，其MS約為8.1 kG、Hk約為65 Oe、HC為4.8 Oe。而在高頻部分，在頻率為30~50 MHz時，其透磁率(μ’)有約170。此FeCoHfO/AlOx鐵磁多層薄膜未來與電感整合後，對電感之Q值可望有所提升。
1.5 鐵鈷鋯氧軟磁薄膜其氧含量對高頻特性與電性之探討
使用Fe7Co3與Zr為靶材，以DC磁控濺射方式鍍製，並調變不同之氧流量， 得到不同氧含量之FeCoZrO磁性薄膜。將鍍製完之FeCoZrO磁性薄膜進行熱退火處理。研究中探討氧含量之改變對軟磁性質、高頻特性及電阻率之影響。在氧含量為14.4 at%時，MS約為17.5 kG、Hk約為63 Oe、HC為1.5 Oe，電阻率約為130 μΩcm。而在高頻部分，其透磁率(μ’)高達370。
1.6 鐵鈷鋯氧/氧化鋯多層鐵磁薄膜在軟磁性質與高頻特性之分析
使用Fe7Co3、Zr為靶材，以DC磁控濺射方式鍍製，在鍍製過程中通入氧氣做反應式濺鍍，以獲得FeCoZrO/ZrO2鐵磁多層薄膜。將鍍製完之FeCoZrO/ZrO2鐵磁多層薄膜做場退火熱處理。研究中發現易軸之矯頑場(Hce)會受到多層堆疊所產生之微結構、界面粗糙度、殘留應力所影響。隨著界面粗糙度、殘留應力的降低，易軸之矯頑場(Hce)有下降的情形。FeCoZrO/ZrO2鐵磁多層薄膜之易軸矯頑場(Hce)最小達1.5 Oe。在電阻率的表現上，由於ZrO2的置入FeCoZrO/ZrO2鐵磁多層薄膜之電阻率有小幅度的提升，從透磁率虛部fFMR之半高寬變窄，可知因電阻率之提升而降低電性上之損耗。
2. 過去之研究專題 (高頻電感應用-高鐵磁共振頻率之鐵磁薄膜開發)
2.1 梯度濺射方式鍍製之鐵鈷鉿薄膜其超高頻鐵磁性質之研究
在室溫下，利用梯度濺射製備具有Hf成分梯度的FeCoHf奈米晶粒磁性膜。沿成分梯度方向作磁退火，可達到單軸磁異向性(UMA)，其異向性場(Hk)能高達547 Oe，並且鐵磁共振頻率(fFMR)高於7 GHz。
2.2 鐵鈷鉿氮軟磁薄膜於高頻特性之發展與開發
用(RF)射頻磁控濺射製備具鉿濃度梯度之非晶鐵鈷鉿氮磁性薄膜。其磁性質與高頻特性對添加的成分，有極其敏感的變化。本研究利用新的技術濺鍍擁有一系列Hf濃度梯度的鐵鈷鉿氮磁性薄膜，這新的沉積技術使得薄膜具有殘留應力，此應力導致異向性場增加。因此，沒有經過後退火製程的鐵磁薄膜展現出較大的異向性場（Hk＝150 Oe），且在難軸與易軸方向矯頑場（Hc）皆小於5 Oe，電阻率約在500 μΩcm。透磁率(μ’)可在3 GHz時達到100，且鐵磁共振頻率(fFMR)已超過3 GHz。預期此磁性膜在高頻鐵磁材料有實際應用之潛力。
2.3 梯度濺射方式鍍製之釹鐵硼薄膜其釹含量對微結構與磁性質之影響
使用Nd12.5Fe71.5B16和Nd靶並且運用DC梯度濺射的方式鍍製Nd含量13.34~24.30 at%的NdFeB磁性膜。Nd的含量對於硬磁性質、晶粒成長方向、磁疇結構影響極大。含適量Nd的試片具有最好的磁性質及微結構，在XRD分析中可看到訊號極強的(0 0 l) peak，表示Nd2Fe14B晶粒都沿著垂直膜面的c軸成長，良好的磁性質即是由垂直成長的Nd2Fe14B晶粒所貢獻。
2.4 鐵釹硼氧薄膜之高頻鐵磁特性
利用(DC)直流磁控濺射製備100奈米厚的FeNdBO薄膜。該系統磁性薄膜表現出較高的飽和磁化量(Ms)、高異向性場(Hk) 以及極高的電阻率(ρ)，這些性質皆滿足軟磁性材料於高頻的應用，包括鐵磁共振頻率(fFMR)超過3 GHz和透磁率(μ’)超過100。這些結果顯示FeNdBO薄膜在高頻應用上具有相當之潛力。
2.5 鐵鈷鋯奈米晶薄膜之高頻鐵磁特性
利用RF磁控濺射的方式鍍製FeCoZr磁性膜。從X-ray繞射結果計算，FeCoZr之晶粒尺寸小於15奈米，FeCoZr薄膜為一奈米晶結構。藉由Zr的添加並經由一個小時400oC之場退火熱處理後， FeCoZr磁性膜產生單軸異向性。當Zr含量為19 at%時具有較佳之高頻性質，單軸異向性場(Hk)約300 Oe，其鐵磁共振頻率(fFMR)高達5.2 GHz。因此可預期FeCoZr磁性薄膜在GHz頻帶之電子元件上之應用具有相當大的潛力。
2.6 鍍製單軸異向性之鐵鈷鋯薄膜並對其高頻鐵磁特性作一探討
利用梯度濺射在室溫下製備具有Zr成分梯度的FeCoZr奈米晶粒磁性膜。利用Zr成分梯度造成磁性膜產生單軸應力，進而提升磁性膜之單軸異向性，其單軸異向性高達305 Oe。藉由梯度濺射所鍍製FeCoZr奈米晶粒磁性膜，在不需要退火的條件下，其鐵磁共振頻率可達3 GHz以上。此梯度濺射的方式，可使磁性膜在未退火的情況下，具有良好的高頻性質。此方式對於磁性膜與電感整合上因熱處理而造成磁性膜的損害，提供了一個明確解決的方法。可預期此方法應用於高頻電感上有很大的前景。
2.7 鐵鈷鎳基多元薄膜之結構與軟磁性質分析
軟磁性薄膜應用於高頻下需要有高的單軸異向性與高飽和磁化量，因為鐵磁共振頻率（fFMR）與異向性場(Hk)與飽和磁化量（MS）的乘積成正比。此研究在室溫下調變Ar/N2之比例，並利用射頻（RF）磁控濺射將鐵鈷鎳基軟磁薄膜沉積在Si基板上，再對軟磁薄膜的組成、晶體結構、表面形貌和磁疇結構進行分析。在無氮摻雜的磁性薄膜中磁疇結構將隨機排列。在氮原子的摻雜下，將對薄膜的磁性質，如飽和磁化量（MS）和矯頑場（HC）進行影響的評估並進一步討論。
隨著氮之添加，飽和磁化量（MS）有增加的情況，而矯頑場（HC）有逐漸下降的情形，因此藉由氮添加的多寡來得到最佳之軟磁性質。當氮摻雜後其磁性薄膜異向性場(Hk)有30 Oe的表現，而飽和磁化量約1 T，可預期此磁性薄膜應用於高頻電感上有很大的前景。
2.8 利用梯度濺射方式鍍覆鐵鈷鋁氧薄膜在高頻電感上對其電感值與Q值之影響
以梯度濺射在室溫下製備具有Al及O成分梯度的FeCoAlO奈米晶粒磁性膜。藉著控制Al及O的成分，可達到單軸磁異向性(UMA)，異向性場高達20.5 kA/m。實驗及計算的結果顯示：UMA是由源於成分梯度的單軸應力梯度所貢獻。因此，初鍍製之磁性膜不需經過磁退火就能有極佳的高頻鐵磁性質，且鐵磁共振頻率（fFMR）高於3 GHz。將此梯度濺射所獲得之FeCoAlO磁性膜應用於高頻電感上，能大幅地提升感值(L)及Q值。在頻率為2.4 GHz時，L和Q的增加量分別為14%、62%。高頻電感的截止頻率（fcut off）更高達4.6 GHz。
3. 過去之研究專題 (自旋電子元件應用與FeCo基之磁特性研究)
3.1 鐵磁鉻銻厚膜以磊晶方式成長於NaCl (100)基板上之磁特性探討
利用磁控濺射鍍製一系列相對較厚的CrSb膜於NaCl (100)基板上。zinc-blende CrSb (ZB-CrSb)磊晶式地成長於NaCl基板上並呈現極強的鐵磁性。ZB-CrSb薄膜的臨界厚度約為4nm，足夠大小的厚度能做ZB-CrSb的半金屬特性之探討並且能實際運用於自旋電子元件(Spintronics devices)。
3.2 鐵鈷氮薄膜之磁特性研究
利用DC磁控濺射以Fe70Co30為靶材，並調變氮之流量鍍製FeCoN磁性薄膜。隨著氮含量的改變，FeCoN磁性薄膜之磁性與結構明顯的改善。隨著氮含量的增加，飽和磁化量（MS）與矯頑場（HC）逐漸下降，而電阻率卻有明顯的提升。在結構上，隨著氮含量的增加，FeCoN磁性薄膜從結晶態轉變成非晶態。在理想狀況下，其軟磁性質：飽和磁化量（MS）約為15 – 24.5 Kg，矯頑場（HC）小於70 Oe，電阻率(ρ)約為22 – 156 μΩ cm。另外將FeCoN磁性薄膜經場退火之熱處理後發現有雙難軸的現象，此雙難軸一為soft-axis與易軸夾＋70o，另一為hard-axis與易軸夾－70o。