電化學工程應用

第一章 電化學工程原理
1-1 電化學反應器
1-2 熱力學
1-3 動力學
1-4 輸送現象
1-5 程序設計
1-6 總結

第二章 電化學應用於冶金工業
2-1電化學冶金
2-2 鋁之電解冶金
2-3 鈉與鎂之電解冶金
2-4 鋅之電解冶金
2-5 銅之電解冶金
2-6 其他金屬之電解冶金
2-7 總結

第三章 電化學應用於化學工業
3-1鹼氯製造
3-2氟氣製造
3-3 氫氣製造
3-4 無機化合物製造
3-5 有機化合物製造
3-6總結

第四章 電化學應用於表面加工業
4-1 電化學表面處理與加工
4-2 電解除油
4-3 電鍍
4-4 電鑄
4-5 無電鍍(化學鍍)
4-6 陽極氧化與電漿微弧氧化
4-7 電泳沉積
4-8 電化學加工
4-9 總結

第五章 電化學應用於腐蝕防制工程
5-1 金屬腐蝕
5-2 腐蝕原理
5-3 腐蝕類型
5-4 腐蝕防制
5-5 總結

第六章 電化學應用於能源科技
6-1 一次電池
6-2 二次電池
6-3 燃料電池
6-4 液流電池
6-5 熱電池
6-6 染料敏化太陽電池
6-7 電化學電容
6-8 總結

第七章 電化學應用於電子工業
7-1 薄膜蝕刻製程
7-2 金屬內連線製程
7-3 電路板導孔電鍍製程
7-4 矽穿孔製程
7-5 總結

第八章 電化學應用於環境工程
8-1 廢水處理與資源回收
8-2 土壤處理
8-3 電透析分離
8-4 總結

第九章 電化學應用於生醫工程
9-1 電化學感測
9-2 電化學診斷與治療
9-3 總結

 

自序

　　由於本書的主題－電化學工程牽涉電磁學、化學、材料科學、古典力學與量子力學，具備跨領域（inter-disciplinary）之特質，故已廣泛應用於化工、材料、機械、電子、環工與生醫等領域。且自1990年代起，美國開始推行科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）的整合教育，可簡稱為STEM教育，期望透過跨領域的學習，提升國民的科學素養，也培育出更有科技競爭力的人才。此理念吸引全球教育界群起發展跨領域學習，盼能將只重視單一專業的傳統I型人才，逐步進化成熟稔雙重專業的π型人才，但從I型人才進展到π型人才的路途中，還可以先延伸原本的專業，並吸收不同領域的新知，形成T型人才，之後再等待擴充時機。因此，本書循此理念，可扮演良好的T型人才訓練教材，協助增長橫向的串聯能力，作為π型人才的基石。

　　新時代的產業鮮少可以歸類至單一領域，通常在產業的專有名稱出現之前，都曾經歷跨領域的整合，因此讀者可採逆向思考來迎接未來挑戰，亦即登上職場舞台發揮之前，需先學習第二專長，但在兼具雙重專長之前，仍要精通第一專長，而在熟稔第一專長的過程中更要站穩腳步。因此，筆者極力推薦化工背景的讀者可先參考本叢書的第一部－《電化學工程原理》，從閱讀中建立穩固的地基。對於電子或機械等其他工程背景的讀者，則可選擇《電化學工程應用》作為第二專長，進而開闢增加自身附加價值的通路。

　　發生在16世紀的科學革命是科學與工程進展中最重大的突破，其中的奠基者包括現代科學之父－伽利略，他透過能力有限的工具「以管窺天」，首先觀察了月球的表面與木星的衛星，並且在研究後引出物理現象的數學模型，終而構成現代科學的發展基礎。古希臘時代的埃拉托斯特尼(Eratosthenes)也曾有類似的貢獻，他僅藉由平面幾何的構想就能推估地球的半徑；高斯(Gauss)也只用三角測量的技術就能計算地表的曲率，他們都沒有離開地面，卻能洞悉天上與地下的訊息，僅憑既有知識，創造全新價值。再如英年早逝的伽羅瓦(Galois)，為了證明五次方程式沒有公式解，因而提出「群」的概念，但卻在他辭世之後大約百年，意外地點燃相對論與粒子物理學的火種，因為他承襲自伽利略的思維，用具體問題抽象化的方法來紮實理論基礎，後人自然會站在他們的肩膀上適時開天闢地。

　　基於此理念，本書除了從第二章至第九章分別介紹電化學應用於金屬冶煉、化學品製造、物件表面加工、金屬防蝕、能源轉換與儲存、電子元件製作、環境保護與生醫感測等技術，也格外強調可以轉移的基礎概念，因而在第一章簡陳了電化學原理，說明現象本質之捕捉和物理模型之建立。雖然書中篇幅有限，無法全面論述各種領域的完整原理，但卻可揣摩「以管窺豹」或「坐井觀天」的情懷，效法格物致知的精神，單從電化學的角度切入，藉由概念的轉移，連結不同的範疇，並由此踏入相關領域後，引導讀者發展成π型人才，創造新價值。

　　本書的完成必須感謝顏溪成教授與蔡子萱教授，一位是引領我入門的良師，一位是激勵我深究的益友。我還必須感謝電化學領域中的三位泰斗，分別是著有《Electrochemical Methods》的Allen J. Bard教授、著有《Electrochemical Systems》的John Newman教授，以及著有《Industrial Electrochemistry》的Derek Pletcher教授，本書的經緯雖然參酌了海內外諸多相關書籍，但仍承襲上述三本巨著的思路。由於電化學領域發展的人士皆可謂麥克．法拉第(Michael Faraday)之學徒，所以筆者亦受先賢引領，不僅仿效了業餘科學愛好者－法拉第積極參與無機化學之父－戴維(Humphry Davy)演講之學習態度，亦臨摹了書店裝訂工－法拉第將其演說內容製成筆記並裝訂成冊的職業精神，謹以編撰此書來致敬上述師友和法拉第大師。此外，電化學工程不斷隨著時代演進，跨領域特質愈形濃厚，筆者也殷盼各界專家與菁英不吝賜予指教，協助修訂本書內容，謹此致謝。