本節藉由影像處理所得之濃度場矩陣，以中央差分法獲得孔穴內之濃度梯度場，
以分析不同變數影響孔穴內濃度梯度場的情形。
圖 3.93 至圖 3.104 為使用編號為 A 的薄膜之濃度梯度場，薄膜之設計孔徑為 25 μm，孔隙間距為 60 μm，其中圖 3.93 至圖 3.98 之濃度梯度供給流道為平行配置，
圖 3.99 至圖 3.104 之濃度梯度供給流道為垂直配置，圖 3.93 至圖 3.95 、圖 3.99 至圖 3.101 之濃度梯度供給流道之流向為同向流，圖 3.96 至圖 3.98 、圖 3.102 至 圖 3.104 之濃度梯度供給流道之流向為反向流。圖 3.105 至圖 3.116 為使用編號為 C 的薄膜之濃度梯度場，薄膜之設計孔徑為 25 μm，孔隙間距為 120 μm，其中圖 3.105 至圖 3.110 之濃度梯度供給流道為平行配置，圖 3.111 至圖 3.116 之濃度梯度供給 流道為垂直配置，圖 3.105 至圖 3.107 、圖 3.111 至圖 3.113 之濃度梯度供給流道 之流向為同向流，圖 3.108 至圖 3.110 、圖 3.114 至圖 3.116 之濃度梯度供給流道 之流向為反向流。圖 3.117 至圖 3.128 為使用編號為 D 的薄膜之濃度梯度場，薄膜 之設計孔徑為 40 μm，孔隙間距為 120 μm，其中圖 3.117 至圖 3.122 之濃度梯度供 給流道為平行配置，圖 3.123 至圖 3.128 之濃度梯度供給流道為垂直配置，圖 3.117 至圖 3.119 、圖 3.123 至圖 3.125 之濃度梯度供給流道之流向為同向流，圖 3.120 至圖 3.122 、圖 3.126 至圖 3.128 之濃度梯度供給流道之流向為反向流
3.2.1 微孔穴流道的 Reynolds number 之影響
由 3.1.4 提到，使用薄膜 A 之流道因受孔隙率過大的影響，濃度場較不受微孔穴 流道之 Reynolds number 影響，從圖 3.93 至圖 3.104 可看出，在固定濃度梯度供給 流道之 Reynolds number 時，濃度梯度場較不受微孔穴流道之流速影響。圖 3.105 至 圖 3.128 為使用薄膜 C 與薄膜 D 之濃度梯度場，濃度場受微孔穴流道之主流道的 Reynolds number 影響大多為整體染劑濃度下降，在斜率變化不大的情況下難以看出 濃度梯度的變化，但使用薄膜 C、濃度梯度供給流道為反向流、濃度梯度供給流道之 Reynolds number 固定為 0.03 時，可看出濃度梯度明顯受微孔穴流道之 Reynolds number 影響，提高微孔穴流道之 Reynolds number 時，靠近微孔穴開口處之濃度有較 劇烈的降低趨勢，而孔穴內部較不受影響，維持較高的濃度，因此在微孔穴中間形成 一個明顯的橫向帶狀濃度梯度分布，造成濃度梯度隨著微孔穴流道之流速加強而提高，
另外可觀察到高濃度梯度分布會向逆時針方向傾斜，推測因為提供高濃度之流道由左 側進入孔穴內深處，造成孔穴內部在左側有較高的濃度，而提供水之濃度梯度供給流 道由靠近孔穴開口之右側進入，造成孔穴開口附近之右側濃度較低，因此高濃度梯度 分布會向逆時針方向傾斜。
3.2.2 濃度梯度供給流道之流向與流速之影響
在流道設計中，濃度梯度供給流道分為與微孔穴流道之主流道平行擺放與垂直擺 放兩種，並且在兩條濃度梯度供給流道中，又分為同向流與反向流兩種，目的是為了 在同樣的流道設計與流場中，能產生兩種不同的濃度梯度分布。在平行擺放的配置中，
高濃度會由孔穴最深處由 +y 向 -y 方向擴散，造成濃度梯度較高區域較容易為橫向
分布，而垂直擺放的配置中，高濃度會在孔穴內由 -x 向 +x 方向擴散，造成濃度梯 度較高區域較容易為縱向分布。並且在兩條濃度梯度供給流道中，又分為同向流與反 向流，因此濃度梯度供給流道的流向相對微孔穴主流道分為平行/同向流、平行/反向 流、垂直/同向流、垂直/反向流共四種型態。在使用薄膜 C 與薄膜 D 之元件，濃度梯 度供給流道為平行擺放的濃度梯度場較垂直擺放之濃度梯度場均勻，垂直擺放之高濃 度梯度容易形成一明顯的縱向帶狀分布，薄膜 C 配合濃度梯度供給流道為垂直配置 時，濃度梯度可達到約 800 m-1至 1100 m-1，如圖 3.111 至圖 3.116 所示。薄膜 D 配 合濃度梯度供給流道為垂直配置時，高濃度梯度更為集中，出現明顯的縱向分布，濃 度梯度可達到 1000 m-1至 1500 m-1，如圖 3.123 至圖 3.128 所示。同樣使用薄膜 C 與薄膜 D，在平行配置時，濃度梯度分布多在 700 m-1以下。
3.2.3 多孔薄膜孔隙數量對濃度梯度之影響
本研究使用的多孔薄膜中，編號 A、C 與 D 的孔隙數量分別為 352 個、88 個與 88 個，孔徑分別為 25 μm、25 μm 與 40 μm。由圖 3.93 至圖 3.128 可看出在使用薄 膜 D 時，濃度梯度場會有特別劇烈的變化，沿著 y 軸可明顯看見濃度梯度大小呈帶 狀分布。
本研究使用的多孔薄膜中，編號 A 與 C 的孔隙數量分別為 352 個與 88 個，設計 之孔徑同為 25 μm，由影像量測可發現實際孔徑約為 55 μm，薄膜 A 之孔隙率為 0.34，
薄膜 C 之孔隙率為 0.09。由圖 3.93 至圖 3.103 可知，孔隙率較高的薄膜 A 之孔穴 內的濃度梯度大多落在 100 m-1至 500 m-1，在濃度梯度供給流道為平行配置時，只有 在孔穴內側較能看到高濃度梯度，而垂直配置時，只有在孔穴靠近 -x 方向較能看到
高濃度梯度，因為使用薄膜 A 時孔穴內之高濃度分布較集中於供給高濃度之流道附 近，且孔穴內整體濃度較低，無法產生較太之濃度梯度，如圖 3.89 與圖 3.90 所示。
而孔隙率較低之薄膜 C 在平行配置時，孔穴內濃度較高，且產生之濃度梯度場較均 勻，其值約為 400 m-1，垂直配置時，孔穴內之濃度有較大變化，因此濃度梯度的峰 值可達到 500 m-1至 1100 m-1。
3.2.4 多孔薄膜孔徑對孔穴內濃度梯度之影響
本研究使用的多孔薄膜中，編號 C 與 D 的孔隙數量同為為 88 個，由影像量測可 得知，薄膜 C 之實際孔隙率為 0.09，薄膜 D 之實際孔隙率為 0.14。由圖 3.91 與圖 3.92 可知，孔徑設計對孔穴內之平均濃度影響沒有明顯趨勢，但孔徑較大時，提供高 濃度染劑之流道較能快速將染劑擴散至孔穴內，而孔穴內之染劑也能較快擴散至提供 水之流道，因此濃度變化較為劇烈，產生之濃度梯度也較高，如圖 3.117 至圖 3.128 所示，濃度梯度的峰值能達到 1000 m-1至 1500 m-1。
結論與建議
本研究利用微影製程製作出由濃度梯度供給流道、微孔穴流道與多孔薄膜所組成 的微營養鹽濃度梯度元件，以在將來進行浮游生物趨化性之實驗。研究中利用影像處 理，分析在不同的流場條件下，濃度場與濃度梯度場的變化。