可攜式積木電解蝕刻教具的設計及應用 陳孟男*、廖心妍、林群曜 臺中市立大甲高級中等學校 *cmnfish2@gmail.com 影片觀賞 本實驗影片由臺中市立大甲高級中等學校提供。                                  YouTube影片網址：https://youtu.be/40zWOrekMr8 簡介 廢棄的乾電池除了交由清潔隊回收處理外，還可以有什麼用途呢？高中化學課程基礎化學(一)及選修化學(上)都有介紹化學電池的單元，但甚少直接觀察到電池的內部構造，偶然將實驗室的廢棄9V乾電池拆解，發現 9V 乾電池的構造有金屬外殼、電池扣、連接正負極的墊片以及用塑膠膜封裝的6個橢圓型小電池，下圖1為拆解的9V電池。 圖1： 9V電池的內部構造為六個串聯的電池單元正反面 這些電池元件可以有那些用處呢？如果將這些電池元件結合生活中隨手可得的物品，如兒童積木、食鹽水、熱熔膠、鱷魚夾及電線等為素材，設計成具實用及趣味性的可攜式積木電解蝕刻教具；僅用數滴的鹽水，即可以在金屬表面進行蝕刻，甚至曲面如刀具、書籤、水壺等金屬外表留下個人化的印記，取代傳統蝕刻過程中大量的高腐蝕蝕刻液，甚至是雷射雕刻機中高功率且昂貴的雷射管。下圖2為電解蝕刻作品。                                                                                                                                                   圖2：電解蝕刻作品 實驗探究部分，亦可透過電解蝕刻過程中，兩極產物的定性分析、重量變化分析，進而印證法拉第電解定律。 藥品與器材 一、藥品：     0.5M 硫酸鈉(aq)、1 %酚酞指示劑、小蘇打粉。 二、器材：     廢棄 9V 電池、兒童積木、化妝棉、銅片、砂紙 1 張、鱷魚夾的紅與黑導線各 1 條、燒杯(250mL)2個、電極夾、電源供應器、三用電表、鉗子、烙鐵、塑膠PP板(瓦楞板)、熱熔膠與熱熔膠槍 1 組。 實驗步驟 一、積木電解蝕刻教具的設計與製作： (一) 戴上防護手套，在切割墊板上，利用鐵鎚將剛扳開的9V電池外殼鎚打至平整狀，以做為電解蝕刻平台的陰極。將鎚平的金屬片放在一塊長方形的兒童塑膠積木上(2Ï4孔)，以細簽字筆沿積木外圍，在金屬片上描出外框線條。以鐵剪刀順著線條剪出一樣大小的金屬片。再以細砂紙輕刷商標印刷面，磨掉塗層，以利導電。承上述操作，用剪刀剪出與金屬片一樣大小的塑膠PP板做為積木的底襯。相關材料準備與完成如圖3。    圖3： 圖左金屬片的修剪，圖右為完成的材料，其中藍色的為塑膠PP板 (二) 利用電池扣做為直流電源的正負極的連接處，將電池扣用熱熔膠固定於積木圓形凸起處，原本與電池扣相連接的金屬墊片彎折至積木底部，準備與金屬片接觸。塑膠PP板以熱熔膠黏著於塑膠積木的底部，接著用熱熔膠將金屬墊片緊貼於金屬片與PP板中間，注意金屬面朝下，烤漆面朝上。相關裝置的組裝如圖4所示。 圖4：圖左為電池扣的固定，圖右為PP板、金屬墊片與金屬片的組裝順序 (三) 將電池扣接上鱷魚夾導線完成積木電解蝕刻裝置，利用積木可任意組合的特性組裝出造型多變的外觀。圖5為多款組合式的蝕刻教具。 圖5：多款積木電解蝕刻教具，電源可以外接也可以直接安插在積木上 二、利用積木蝕刻教具探究電解反應及生活應用： (一) 平面蝕刻：網路下載與綠色化學、永續環境相關的共享圖案，取一片透明膠膜(或卡典西德)，事先以筆在上方描繪出圖案的輪廓，接著以刀片沿輪廓切割出鏤空狀 (若有割字機，可直接以列印方式直接輸出相關圖案)。將膠膜黏貼在一塊銅片上(3Ï10 cm，事先以水砂紙拋光過)，並以透明膠帶將銅片固定桌沿；銅片上覆一片化妝棉，以數滴0.5M硫酸鈉溶液濕潤化妝棉，接著將積木電解蝕刻裝置平放化妝棉上方，電池的正極以紅色鱷魚夾導線連接銅片，接上直流電源供應器 (或9V電池)進行電解，通電約30秒後，觀察化妝棉上、下兩面是否有任何變化？於化妝棉上方滴加一滴酚酞，觀察是否有顏色變化？圖右為反應過程的變化圖。           […]