《工程材料與能源應用知識》教學簡報

TIPCI 臺灣國際專業認證學會 製作

第一章 工程材料概論

1.1 工程材料的定義與分類

• - 金屬材料（黑色金屬、有色金屬）
• - 無機非金屬材料（陶瓷、玻璃）
• - 高分子材料（塑膠、橡膠、複合材料）
• - 複合材料（MMC、CMC、PMC）

​

1.2 材料的基本物理與機械性能

• - 物理性能（密度、熔點、導電性）
• - 機械性能（強度、硬度、韌性）

​

1.3 材料的微觀結構與性質關係

• - 金屬材料（晶粒、位錯）
• - 陶瓷材料（玻璃相、氣孔）
• - 高分子材料（分子鏈、交聯程度）
• - 複合材料（增強相、基體相）

​

1.4 材料選擇的基本原則與應用範圍

• - 材料選擇原則（機械需求、經濟性）
• - 應用範圍（建築、汽車、電子）

​

第二章 金屬材料

2.1 金屬材料的特性與應用

• - 高強度、可加工性
• - 應用於建築、機械、航太

​

2.2 鋼鐵材料：種類、合金成分與強化技術

• - 碳鋼、合金鋼、不鏽鋼
• - 合金元素（Cr、Ni、Mo）
• - 強化技術（加工硬化、淬火回火）

​

2.3 有色金屬材料（鋁、銅、鈦、鎂等）

• - 鋁（輕量、耐蝕）
• - 銅（導電性高）
• - 鈦（高強度、耐蝕）
• - 鎂（超輕量）

​

2.4 特種金屬材料（超合金、記憶合金、耐蝕合金）

• - 超合金（高溫強度）
• - 記憶合金（形狀恢復）
• - 耐蝕合金（耐化學腐蝕）

​

2.5 金屬的製造、加工與回收技術

• - 製造技術（熔煉、粉末冶金）
• - 加工技術（鑄造、鍛造、焊接）
• - 回收與再利用

​

第三章 非金屬材料

3.1 高分子材料（塑膠、橡膠、纖維）

• - 塑膠（熱塑性、熱固性）
• - 橡膠（天然橡膠、合成橡膠）
• - 纖維（天然纖維、合成纖維）

​

3.2 陶瓷材料與玻璃材料的應用

• - 陶瓷材料（氧化鋁、氮化矽、碳化矽）
• - 玻璃材料（普通玻璃、強化玻璃、石英玻璃）

​

3.3 碳基材料（石墨、碳纖維、石墨烯）

• - 石墨（電極、潤滑劑）
• - 碳纖維（航太、汽車）
• - 石墨烯（柔性電子、奈米塗層）

​

3.4 先進陶瓷與半導體材料

• - 壓電陶瓷、超導陶瓷
• - 半導體材料（矽、砷化鎵、氮化鎵）

​

3.5 非金屬材料的加工技術與應用

• - 高分子加工（射出、擠出、吹塑）
• - 陶瓷與玻璃加工（燒結、CVD）
• - 碳基材料加工（石墨烯製造、碳纖維熱處理）

​

第四章 複合材料與新興材料

4.1 複合材料的分類與特性

• - 基體材料（金屬基、陶瓷基、高分子基）
• - 增強材料（纖維增強、顆粒增強）

​

4.2 玻璃纖維增強塑膠（GFRP）與碳纖維增強塑膠（CFRP）

• - GFRP（耐腐蝕、絕緣性）
• - CFRP（高強度、低密度）

​

4.3 奈米材料與智能材料

• - 奈米碳管、石墨烯、奈米銀
• - 智能材料（形狀記憶合金、壓電材料）

​

4.4 3D 列印材料與生物材料

• - 3D 列印材料（塑膠、金屬、陶瓷）
• - 生物材料（聚乳酸、鈦合金、水凝膠）

​

4.5 材料的未來發展趨勢

• - 高強度低密度材料
• - 智能材料與自適應結構
• - 生物相容與生物可降解材料
• - 3D 列印與奈米製造技術

​

第五章 能源材料與應用

5.1 能源材料的分類與應用

• - 太陽能材料（矽、CdTe、鈣鈦礦）
• - 電池材料（鋰、鈷、鎳）
• - 氫能材料（鉑、鈀）
• - 超導材料（銅氧化物、鎂硼合金）
• - 風能與核能材料（稀土、鈾、鎵）

​

5.2 太陽能電池材料（矽基、薄膜、鈣鈦礦）

• - 矽基太陽能電池（單晶矽、多晶矽）
• - 薄膜太陽能電池（CdTe、CIGS）
• - 鈣鈦礦太陽能電池（低成本、高效率）

​

5.3 鋰離子電池與固態電池材料

• - 鋰離子電池（LiCoO₂、NMC、磷酸鐵鋰）
• - 固態電池（陶瓷電解質、固態聚合物）

​

5.4 氫燃料電池與儲氫材料

• - 氫燃料電池（鉑、鈀、PEM）
• - 儲氫材料（高壓氣體、金屬氫化物）

​

5.5 超導材料與能源技術

• - 低溫超導材料（Nb₃Sn、NbTi）
• - 高溫超導材料（YBCO、BSCCO）

​

第六章 傳統能源與工程材料

6.1 煤炭、石油與天然氣的化學特性與利用

• - 煤炭種類（泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤）
• - 石油精煉（蒸餾、裂解、脫硫）
• - 天然氣應用（發電、工業燃料）

​

6.2 燃煤電廠與石油提煉的材料應用

• - 燃煤電廠（鍋爐材料、煙道處理）
• - 石油提煉（煉油塔材料、催化劑材料）

​

6.3 核能發電的燃料材料與反應堆材料

• - 核燃料材料（鈾-235、鈽-239）
• - 反應堆結構材料（鋯合金、鎢）

​

6.4 內燃機與渦輪機的材料需求

• - 內燃機（汽缸體、活塞、曲軸）
• - 渦輪機（渦輪葉片、燃燒室）

​

第七章 可再生能源與材料應用

7.1 風能發電與風力渦輪葉片材料

• - 風力渦輪葉片（玻璃纖維、碳纖維）
• - 風機結構材料（鋼、合金）

​

7.2 生質能與生物材料

• - 生質燃料（乙醇、生物柴油）
• - 生物材料（PLA、水凝膠）

​

7.3 地熱能與耐高溫材料

• - 地熱井管道材料（不鏽鋼、鎳基合金）
• - 耐高溫塗層（陶瓷塗層）

​

7.4 海洋能與耐腐蝕材料

• - 潮汐能材料（耐腐蝕鋼、鈦合金）
• - 波浪能材料（聚合物塗層）

​

7.5 新型儲能技術與材料

• - 液流電池（釩液流電池）
• - 鈉離子電池（Na-ion）
• - 固態電池（固態電解質）

​

第八章 材料回收與環境影響

8.1 工程材料的環境影響與可持續發展

• - 材料對環境的影響（資源消耗、污染排放）
• - 可持續發展策略（材料替代、減碳技術、回收效率）

​

8.2 金屬材料的回收與再利用技術

• - 金屬回收方法（機械分選、熔煉再生、濕法冶金、生物浸出）
• - 主要金屬的回收（鋁、鋼、銅、稀有金屬）

​

8.3 電池與電子廢棄物回收技術

• - 電池回收技術（鋰電池、鉛酸電池、鎳氫電池）
• - 電子廢棄物回收流程（拆解、機械分離、化學處理）

​

8.4 綠色製造與材料的碳足跡分析

• - 綠色製造技術（低碳冶煉、節能加工）
• - 材料碳足跡（鋁、鋼、塑膠、混凝土）

​

8.5 環保材料與未來發展方向

• - 環保材料類型（生物塑膠、低碳水泥、可回收碳纖維）
• - 未來發展方向（提升回收技術、可降解塑膠、碳捕集與循環經濟）

​

第九章 材料與能源的未來發展

9.1 新材料如何改變能源技術

• - 高效能源轉換材料（鈣鈦礦、量子點、超導材料）
• - 低碳與儲能材料（固態電池、氫燃料電池催化劑、石墨烯超級電容）

​

9.2 人造材料與能源應用的結合

• - 光學超材料（提高太陽能電池效率）
• - 超導超材料（高效能發電與無損輸電）

​

9.3 智能材料在能源系統中的角色

• - 壓電材料（智能電網）
• - 形狀記憶合金（節能建築）
• - 自修復材料（風電葉片、電池外殼）

​

9.4 太空探索與深海能源材料技術

• - 太空能源材料（高溫陶瓷、輕質複合材料、放射性同位素熱電材料）
• - 深海能源材料（超級雙相不鏽鋼、自修復聚合物塗層、耐壓陶瓷）

​

9.5 未來材料與能源的挑戰與機遇

• - 挑戰（稀有金屬短缺、能源存儲、氫能技術成本）
• - 機遇（量子材料、自修復與環保材料、智能能源網絡）

​