新闻及香港科大故事

在国家自然资源部大洋事务管理局（大洋局）的全力支持下，香港科技大学（科大）今天为中国科研考察船「深海一号」和「蛟龙号」首次访港举行欢迎仪式，庆祝「蛟龙号」载人潜水器于西太平洋完成首个由国家支持的国际深海科研考察航次。这个由科大参与领导的「数字化深海典型生境」大科学计划，有多国科学家参与，旨在了解该海域的深海典型生态、物种多样性及矿产资源，为联合国「海洋科学促进可持续发展十年计划」（海洋十年） 大科学计划之一。 多名内地及香港官员、立法会议员、中小学生代表与不同界别人士，今早齐集尖沙咀海运码头， 迎接「深海一号」和「蛟龙号」抵港。香港特区政府政务司副司长卓永兴、全国人大常委兼立法会议员李慧琼、科大校长叶玉如教授、中国银行（香港）副总裁兼风险总监徐海峰、多名特区政府官员及立法会议员，与一众来自内地的嘉宾，包括中国大洋事务管理局局长邬长斌、副局长唐冬梅、国家深海基地管理中心的高级官员，一同出席由科大安排的欢迎仪式，并登船参观及听取科研人员汇报科研考察成果。 香港特区政府政务司副司长卓永兴代表香港热烈欢迎深海一号携蛟龙号首次访港，他说：「在香港特区各界积极准备迎接新中国成立75周年之际，这一次访问不仅标志着国家在载人深潜科考技术的重大进步，也充分体现了中央政府对香港海洋科研发展及生态保育的关心和支持。我希望香港社会各界好好把握是次机会，深入了解海洋科学的发展。我亦希望是次活动能够启发更多香港年青人投身于深海研究，及积极参与国际深海大科学计划，为实践海洋命运共同体、构建美好的地球家园贡献力量。」

香港科技大学（科大）工学院的团队研发出一种新型工艺技术，可克服传统积层制造技术（即3D打印技术）的局限，令制造具有复杂三维构型的多孔陶瓷材料更简易快捷，有望革新多种陶瓷材料的设计与加工技术，并广泛应用于能源、电子和生物医学等多个领域的产品上，例如机械人、太阳能电池、传感器、电池电极和杀菌设备等。 多孔陶瓷是一种应用广泛的陶瓷材料，性能稳定、具耐冲蚀性、使用寿命长。为研究有效制造这种物料的方法，科大机械及航空航天工程学系副教授杨征保带领团队采用「表面张力辅助两步法」（STATS）设计了一种加工策略，仅需两个步骤，包括利用积层制造技术制备有机骨架，以建立基本构型，然后再把所需成分的前驱体溶液注入该骨架中，便可制造出多孔陶瓷。 这种方法最大的挑战在于如何有效控制液体的几何形状。为了达致预期效果，团队借助了一种在大自然四处可找到的现象——表面张力。由于表面张力可将流体聚集并固定在骨架中，研究人员遂利用这一特性，把前驱体溶液收集于多孔骨架内，最终成功控制液体的几何形状，并制造出高精度的多孔陶瓷。 针对由单元格和单元列构成的骨架，研究团队进一步从理论和实验两方面探讨了它们的几何参数，以指导不同排列组合的三维流体界面创建。经过烘干处理和高温烧结后，团队制备出各种复杂构型的多孔陶瓷。这种工艺将成分匹配从结构成型分离出来，通过可编程制造，能够生成不同单元尺寸、几何形状、相对密度、三维结构和组成成分的多孔陶瓷。该STATS方法不仅能够制备刚玉（Al2O3）等结构陶瓷，还可用于制备二氧化钛（TiO2）、铁酸铋（BiFeO3）、钛酸钡（BaTiO3）等各种功能陶瓷产品。 为了验证新工艺的优越性，团队选择了多孔压电陶瓷作为研究对象，测试它的压电性能。结果显示，由于原始浆料中的有机成分显著减少，这种STATS制造工艺能有效减少陶瓷中的微孔，同时提高局部致密性。对于整体呈多孔而局部致密的压电陶瓷，其优势尤为显著，即使在整体孔隙率非常高（> 90%）的情况下，仍能达到相对较高的压电常数d33（~ 200 pC N-1）。

氯二甲酚是一种在全球广泛应用的消毒剂，然而由于其相对较高的化学稳定性，加上被大规模使用，已证实对水中的生态系统构成了威胁。 香港科技大学（科大）工学院近日发现了一种极具潜力的消毒剂，名为「2,6-二氯苯醌」，有望成为取代氯二甲酚的替代品。 这种化合物不仅能更有效地对抗某些细菌、真菌和病毒，还能在受纳水体中迅速降解并去除毒性。  这项突破性的研究由科大土木及环境工程学系的张相如教授领导。 张教授研究消毒副产物多年，疫情期间，他注意到氯二甲酚的结构与其团队以前发现的卤代酚类消毒副产物相似，而某些卤代酚类消毒副产物能够在阳光照射下迅速降解。  团队受部分卤代酚类消毒副产物的结构特性和降解性质所启发，设法从消毒副产物中筛选出一种能够在受纳水体中快速降解并去除毒性的高效广谱消毒剂。 团队研究人员测试了10种消毒副产物在灭活不同病原体时的功效，当中包括大肠杆菌（一种有机会驱动结直肠癌的常见细菌）、金黄葡萄球菌（细菌）、白色念珠菌（真菌）以及噬菌体MS2（病毒）。 他们发现2,6-二氯苯醌在灭活细菌、真菌和病毒的功效比氯二甲酚高出9至22倍。  此外，即使在没有阳光照射的环境下，2,6-二氯苯醌也能在受纳海水中通过水解途径迅速降解，因此可以快速减低对海洋生态食物链最底端的环节动物胚胎所造成的发育毒性。 2,6-二氯苯醌被排放入海水两天后显示，其发育毒性较氯二甲酚低31倍。      张教授阐释说：「与氯二甲酚相比较，我们这项研究所筛选出来的消毒剂具有更强的灭菌和灭病毒活性，即使在黑暗环境中，其浓度和发育毒性也能在海水中迅速降低。」 他强调，我们迫切需要寻找既环保又高效的消毒剂，尤其自2019冠状病毒病大流行以来，这项需求变得更加明显。 「在水环境的样本检测时，会经常检测到氯二甲酚，例如在香港的河水样本中，其最高浓度已达到每升10.6微克的水平。 毒理学研究已发现氯二甲酚对水生生物的不良影响，包括内分泌干扰、胚胎死亡和畸形发育。 以虹鳟鱼为例，若长期暴露于环境浓度下的氯二甲酚（每升4.2微克），可导致基因调控和形态变化。」 

香港科技大学（科大）工学院的研究团队研发出创新磁力驱动平台，仅需一个步骤，便可制作类似精子结构（类精子）的微型机械人，在精准药物输送应用上具备优秀的活动能力和高效性能。 团队突破传统微流控装置无法处理精密3D结构的限制，成功简化这些微型机械人的制作过程，有望将这项技术更广泛地应用于生物医学领域。  这种类精子「微型机械人（又称为微游动器）」主要用作在人体内复杂的环境穿梭，帮助精准药物输送及微创手术。 与传统的微流控技术相比，类精子微型机械人在液体环境的游动效率较高，但要大量制造，并实现高效驱动和可控药物释放一直是个难题。  科大电子及计算机工程学系副教授申亚京领导的研究团队受鳐鱼精子的活动机制所启发，开发出一部利用外在磁场驱动的漩涡湍流辅助微流控（VTAM）平台，能以一步到位的方法制成类精子微型机械人。 这些新设计的类精子微游动器具有可控制推进的灵活尾部及有效载药的核壳头部，成功在不同黏度的流体环境中达至高效推进。  申教授表示：「VTAM平台成功以便捷的方法制造复杂的3D多形态结构，实现传统层流设备无法做到的技术。 为了实践应用，我们致力进一步优化制造过程，以确保微游动器的一致性和稳定性。 我们亦期望能进行体内测试，验证这些微游动器在临床环境中的实际效果。 」 团队研发的突破性VTAM平台结合了传统十字形微流控芯片和旋转磁力搅拌器所形成的漩涡容器。 微流控芯片产生的磁性藻酸盐液滴，通过毛细管转移到氯化钙溶液漩涡容器。 这些液滴在漩涡流的作用下爆裂，令其内部的磁性藻酸盐溶液暴露，并被漩涡流抽出，形成类精子的不对称结构。 在抽出尾部后，由于与氯化钙溶液中的钙离子发生交联反应，微游动器便能在几毫秒内凝固成形。 通过此方法制成的微游动器具有可生物降解的核壳头部和柔软尾部，其形态亦可透过涡流转速和溶液浓度进行调节。 

香港科技大学（科大）物理系刘军伟教授与上海交通大学（上海交大）贾金锋教授和李耀义教授领导的合作研究团队在拓扑晶体绝缘体碲化锯的超导涡旋上发现了一种新的马约拉纳零能模（Majorana zero modes，MZMs），同时研究出利用晶体对称性调控MZMs间的杂化方法。 这项最新发现开辟了实现容错量子计算机的新途径，研究结果发表在《自然》期刊*上。 MZMs是超导体中的零能量的、拓扑非平庸的准粒子，其粒子编织方式是非阿贝尔的，即是即使交换次数相同，以不同次序交换粒子，也会产生不同的量子态（图2a）。 这特性与电子和光子等一般粒子截然不同，因为一般粒子的量子态和交换的次序无关（图2b）。 MZMs的这项扭结编织特性可以保护MZMs免受局域的干扰，所以它们是实现容错量子运算的理想平台。 虽然近年科学家发展出人工制造拓扑超导体的方法，但由于在实验室中实现MZMs编织所需特定磁场，又难似控制对MZMs之间的杂化，而这些实验中的MZMs相距亦甚远，一直无法成功耦合MZMs。 科大的理论研究团队和上海交大的实验团队合作，利用制备拓扑材料、以扫瞄穿隧显微镜测量和大规模数值模拟的丰富经验，研究出崭新方法来耦合MZMs，突破过往实验的瓶颈。 他们在碲化锯中发现了一种受晶体对称性保护的MZMs，首次证实了多个MZMs能同时存在于同一超导涡旋中; 在不涉及远距离移动MZMs和强磁场的情况下，破坏磁性镜像对称性，同一涡旋中操纵了MZMs的杂化。 （图3）

香港科技大学（科大）工学院的一支研究团队开发了一个新型环保制冷装置，其制冷效率大幅增加逾48%，刷新世界纪录，有望减少全球能源消耗之余，亦可为依赖制冷技术的行业带来改革转型。弹卡制冷技术的效能大幅提升，亦有助推动这项颠覆性技术的商业化，并减低传统制冷技术对环境所造成的不利影响。 传统的蒸气压缩制冷技术常用的制冷剂容易对环境造成污染。有鉴于此，科学家一直研究对环境友善的替代方案，当中以「基于形状记忆合金循环相变潜热固态弹卡制冷技术」尤为重要。这种技术使用的形状记忆合金制冷剂不仅不含温室气体，而且高效及可100%回收利用。然而，所有已开发装置的「温跨」，即显示制冷设备将热量从低温源传递到高温散热器的能力指标，却相对较小—如约20-50 K，大大阻碍了这一新兴技术的商业化。 为了应对这个挑战，机械及航空航天工程学系的孙庆平教授与姚舒怀教授率领其研究团队，研发了一种多材料级联弹卡制冷装置，并成功打破这款装置的制冷效能世界纪录。 他们选择了三种具有不同相变温度的镍钛合金，分别在冷端、中间端和热端工作。通过匹配各单元的工作温度与相应的相变温度，整体装置的超弹性温度窗口扩大至100 K以上，使得每个镍钛单元均能在其最佳温度范围内工作，显著提升了制冷效率。该多材料级联弹卡制冷装置在水侧实现了75 K的温跨，超越了之前的50.6 K世界纪录。这项研究突破最近发表在顶尖期刊《自然能源》(Nature Energy)上，题为「A Multi-Material Cascade Elastocaloric Cooling Device for Large Temperature Lift」。

香港科技大学（科大）工学院的研究团队成功研发了一款利用钙钛矿量子线制成的全彩纤维发光二极管，为可穿戴照明和显示设备的创新发展创造了有利条件。 纤维发光二极管（Fi-LED）因与纺织品的制造兼容及具有均匀的空间亮度，是柔性LED显示领域中常用的关键组件。金属卤化物钙钛矿（MPH）因具备卓越的光电性能，已成为新一代LED中极具潜力的发光材料。尽管潜力巨大，利用MPH制造纤维发光二极管仍存在不少挑战，包括由引力和表面张力造成的不均匀涂层、低质量的结晶，以及复杂的电极沉积过程，这些均会导致不均匀及低效率的发光。 为了解决这些难题，科大电子及计算机工程学系和化学及生物工程学系讲座教授范智勇的研究团队采用了一个新颖的方法，在薄铝纤维上使用多孔铝膜模板。多孔铝膜具有约5纳米的超小孔径，MPH前驱体溶液通过卷对卷溶液涂布技术注入多孔铝膜，随后进行退火程序，以达致空间均匀的溶剂蒸发和MPH的结晶。这个方法令钙钛矿量子线阵列能均匀生长，并大大减低了多孔铝膜表层上多余的薄膜结构的形成。 研究团队成功制成了发射峰值分别为625纳米（红色）、512纳米（绿色）和490纳米（天蓝色）的纤维发光二极管。这些二极管展现出良好的弯曲性和延展性，使其适用于纺织照明的应用。研究团队并制作了多款二维和三维的结构，包括二维全彩字符串「I ♥ HKUST」，它们均具有出色的荧光均匀性。此外，他们又利用能产生渐变颜色的卤化物钙钛矿量子线制作了维多利亚港的「夜景」，突显了纤维发光二极管的多功能性和美学潜力。 是项研究为纤维发光二极管的技术带来了重要进展。团队未来将着力提升纤维发光二极管的效率和稳定性，探索新的钙钛矿成分以增加发光颜色的数量，并将这些设备整合到商业纺织产品中。 范教授说：「量子限域效应与三维多孔铝膜结构的钝化相结合，使我们能够实现出色的光致发光和电致发光效率。我们的创新方法为制造非常规的三维结构光源开辟了新的可能性，并为先进可穿戴显示技术的发展提供了有利条件。」

香港科技大学（科大）工学院的一支研究团队首创一种手性构型的界面微结构，用于钙钛矿太阳能电池。该创新界面概念大幅度提高了电池的可靠性和光电转换效率，有助于加速钙钛矿电池的商业化进程。 钙钛矿太阳能电池是一种以钙钛矿结构化合物作为吸光材料的新型薄膜太阳能电池。这种薄膜太阳能电池生产成本低，制造工艺简单。有别于传统矽太阳能电池，钙钛矿太阳能电池无需昂贵的高温、高真空制造工艺，可采用高通量溶液印刷工艺制成。近年来，钙钛矿太阳能电池的性能正急速提升。尽管如此，要实现钙钛矿电池的最终商业化，依然有一些技术障碍，当中以其在户外环境场景下长期运行的耐久性问题尤为明显。研究人员发现，钙钛矿太阳能电池各功能层之间的界面附着力不够强，是导致器件耐久性技术问题的科学根源之一。 为解决这个问题，科大化学及生物工程学系周圆圆副教授及其研究团队从天然手性材料的机械强度中获得灵感，在钙钛矿太阳能电池中独创性地构建了手性结构界面，极大地提高了器件耐久性。 研究团队在钙钛矿吸光层和电子传输层之间嵌插了一层基于R-/S-甲基苄基铵的手性结构中间层，构建了一个坚固且具有弹性的异质界面。经封装的太阳能电池在国际电工委员会（IEC）61215太阳能电池标准下，经过200次在-40°C和85°C之间的循环，合共1,200小时的测试后，仍保留了92%的初始转换效率。 香港研究资助局博士后、现任科大化学及生物工程学系研究助理教授段甜伟博士说：「手性材料具有有趣的机械特性，这与它的子单元螺旋排列有关，就如同机械弹簧。」她补充道：「在关键器件界面引入手性结构中间层，可以使钙钛矿太阳能电池在各种器件运行状态下更具机械耐久性和动态适应性。」 周教授说道：「现在我们已经看到了钙钛矿太阳能电池商业化的曙光。这些电池已经展现出非常高的光电转换效率，一旦我们最终能克服它们在现实场景服役的耐久性问题，它们将具有极高的能源市场价值。」