新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）研究团队成功研发出全球首台千瓦级弹卡制冷装置，仅需15分钟，便能在31℃高温的室外环境下，将室内温度稳定在21至22℃的区间，并实现零温室气体排放，标志着弹卡固态制冷技术在商业化应用上迈出关键一步。该研究成果已于国际顶级学术期刊《自然》发布，为应对气候变化及推动制冷行业低碳转型提供了创新解决方案。 随着全球气候暖化加剧，空调制冷需求持续攀升，目前制冷用电已占全球总电力消耗的20%。一直以来，主流蒸气压缩制冷技术所用的制冷剂属于典型的温室气体，其排放导致全球变暖。因此，世界各国均着手开发环保替代方案，其中，「基于形状记忆合金（SMAs）弹卡效应的固态制冷技术」凭借其零温室气体排放及高能效潜力，引起学术界与产业界的广泛关注。 然而，此前的弹卡制冷装置，最大制冷功率只有约260瓦，远未达到商用空调所需的千瓦级要求。科大机械及航空航天工程学系孙庆平教授与姚舒怀教授领导的研究团队发现，这一技术瓶颈源于两大核心问题：包括（1）制冷剂单位质量制冷功率（SCP）与系统总质量难以兼顾及（2）高频运行时传热效率不足。 为突破上述限制，研究团队提出「材料串联—流体并联」的多胞架构设计（图1a）。该架构将10个弹卡制冷单元沿受力方向串联，每个单元包含4根薄壁镍钛合金管，总质量仅为104.4克。镍钛管的表面积体积比达到7.51 mm-1，显著提升换热效率，与此同时，并联流体通道的设计将系统的压力差控制在1.5巴以下，确保高频稳定运行。 另一项重要技术创新是采用石墨烯纳米流体作为传热介质，代替传统蒸馏水。这种先进传热介质具有卓越导热性，实验显示，仅2克/升浓度的石墨烯纳米流体，便可将导热性能较蒸馏水提升50%（图1d）；其纳米颗粒直径只有0.8微米，远小于流体通道的150-500微米宽度，避免了堵塞风险。X射线断层扫描（图2b）证实，镍钛管在950兆帕应力下仍能保持均匀压缩形变，未发生屈曲失效。 在3.5赫兹高频运行下，该装置实现了12.3 W/g的单位质量制冷功率，总制冷功率达1,284瓦（零温升条件下），充分展现该技术在实际应用中的可行性。

由香港科技大学(港科大)、南方科技大学（南科大）及深圳国家应用数学中心（NCAMS）联合组成的研究团队，提出以氮元素为核心的全新理论框架，解释大气有机气溶胶吸光效应。研究成果於近日发表在国际顶级期刊《科学》，揭示了含氮组分在全球大气有机气溶胶吸光性中的主导作用。这项发现标志着在提升气候模型准确性和制定更具针对性的策略以减缓空气颗粒对气候影响方面的重要进展，具有重要科学意义。 大气气溶胶通过吸收和散射太阳光辐射影响地球气候，其中有机气溶胶在近紫外到可见光波段具有显著的吸光能力。然而，由于有机气溶胶组分复杂且在大气中不断演化，其气候效应的评估一直存在挑战。 有见及此，由南科大环境科学与工程学院兼NCAMS教授傅宗玫教授，与港科大化学系兼环境及可持续发展学部讲座教授郁建珍教授领导的团队合作展开研究，以理解大气气溶胶对气候变化的影响。傅教授表示：「传统模式只考虑有机气溶胶中总碳元素的化学演化，无法有效阐明大气有机物来源、演化过程与吸光性质之间的关联。我们首次量化有机气溶胶中含氮吸光组分——棕色氮的全球丰度，并揭示了棕色氮光学性质随组分演化的变化规律。」 论文的第一作者、港科大与南科大联合联合培养的博士毕业生李钰敏博士补充道：「我们的研究显示，棕色氮的全球平均吸光性直接辐射效应为0.034瓦每平方。棕色氮贡献了全球有机气溶胶约70%的吸光效应，而且其化学演化主导了有机气溶胶吸光的时空变化。」 研究成果强调了在未来气候和空气质量模型中纳入含氮组分的重要性。随着气候变暖将导致生物质燃烧增加，而由此排放的高吸光性棕色氮气溶胶将进一步促进气候变暖，形成一个此前未知的正反馈机制。 郁教授指：「我们的研究为理解大气有机气溶胶的气候效应提供了以氮为核心的新的视角，对理解地球气候-化学相互作用具有重要意义。理解这些相互作用，以及识别其他非含氮的吸光有机物，对于改善大气模型和制定更有效的空气污染控制策略至关重要。」通过揭示氮驱动的大气溶胶吸收的关键作用，这项研究为预测气候变化影响和指导减缓策略提供了更为准确的框架。

香港科技大学（科大）工学院研究团队持续推动可再生能源电池技术发展，率先透过突破研究钙钛矿太阳能电池纳米结构，成功研发出一款既高效又稳定的电池，可望大幅降低其使用成本及扩大其应用范围，将科研成果落地贡献社会。 相对现行主流使用的传统硅晶太阳能电池，钙钛矿太阳能电池能量转换效率高、生产时材料成本较低及可达至永续製造，属极具发展潜质的前沿技术，是科研界重点研究课题。惟钙钛矿太阳能电池在光亮、潮湿及高温环境下，表现有欠稳定，阻碍它投产。其中，钙钛矿薄膜内部的正离子分布不均，削弱电池性能。 科大化学及生物工程学系副教授周圆圆教授领导的研究团队发现，在钙钛矿薄膜晶粒的三角边界处上，存在内凹几何结构，这些结构产生「陷阱」束缚正离子，令它分布不均。研究团队其后採用了一种化学添加剂「乙酸丁基铵」，浅化晶粒上的内凹，并将其深度降低了三分之一。经此技术所製得的钙钛矿电池，在效能上增长近26%，同时在各项标准稳定性测试中，表现优异。 周教授说：「现时研究大多聚焦于宏观或微观层面去改进钙钛矿电池，甚少研究更细微的纳米级结构。团队利用阴极射线发光显微镜，并结合一系列先进技术，发现这些纳米内凹结构影响薄膜正离子分布，这正正是影响电池光电转换效率与稳定性的关键。」 研究成果已在纳米科技领域的顶尖学术期刊《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）发表，论文题为「Nanoscopic Cross-Grain Cation Homogenization in Perovskite Solar Cells」。 论文的第一作者、科大博士后研究员郝明伟博士补充道：「钙钛矿是一种软晶格材料。团队在实验过程中，观察到钙钛矿薄膜与传统材料结构差异大，已开展下一阶段的研究釐清相关机制，期望扩展钙钛矿太阳能电池的商业应用，以创新产品推动再生能源市场发展。」 本研究的共同通讯作者为美国田纳西大学诺克斯维尔分校的Mahshid AHMADI教授，其他合作伙伴来自美国耶鲁大学、美国橡树岭国家实验室、韩国延世大学，以及香港浸会大学。  

香港科技大学（科大）、教育局和中国科学院空间应用工程与技术中心（空间应用中心）联合主办香港中学生空间站科普载荷和科学实验方案设计比赛，鼓励学生队伍提交适合于太空环境或微重力条件下进行的科学实验设计方案，并于今日（二月二十五日）举行比赛启动礼暨实验方案设计简介会。 活动在教育局九龙塘教育服务中心举行，教育局局长蔡若莲博士联同合办、支持和伙伴机构的代表主持比赛启动仪式。比赛由教育局、空间应用中心及科大联合主办；中央人民政府驻香港特别行政区联络办公室教育科技部担任支持机构；京港学术交流中心、香港教育工作者联会及教育评议会担任伙伴机构。 这项比赛旨在推动航天教育，并加深学生对国家航天成就的认识和加强科技自信，获奖及获选的方案有机会落实并制作成品，以及推荐至在二○二六年开始执行的空间站航天任务——空间站香港科普卫星项目。 蔡若莲博士致辞时表示，中国航天工程是国家科技实力和综合国力的重要体现，承载着中华民族千百年来的航天梦想。是次比赛让学生获得非常难得的航天教育培训和实践机会，让学生有机会参与国家航天任务，探索航天科学，实践航天梦，意义重大，鼓励学生积极组队参赛。 她指出，配合国家科教兴国的大方向，支持本港发展成为国际创科中心，教育局持续于学校大力推动STEAM（科学、科技、工程、艺术和数学）和创科教育，透过多元支援措施，提升学生对科研及创新科技的兴趣和能力。 蔡若莲博士感谢中国科学院空间应用工程与技术中心、中央人民政府驻香港特别行政区联络办公室教育科技部及科大等机构对比赛大力支持，令活动得以顺利开展。 科大协理副校长（研究）童彭尔教授亦为活动主礼，他期望这次科普活动启发香港年轻一代对航天科技的热情，为国家航天事业作出更大贡献。 简介会中，空间站香港科普卫星的项目负责人、科大于宏宇教授以「观宇宙，燃梦想—与香港中学生共筑航天梦」为题，向师生介绍国家航天科技的最新发展。科大太空科学与技术研究院副院长王一教授亦与教育局人员介绍比赛章程、规则和评分准则等。

由香港科技大学（科大）领导的国际研究团队通过对东亚人群（包括中国人和日本人）和欧洲人群进行全面的基因分析，识别出了对阿尔茨海默病具有保护作用的关键遗传因素。这一突破性发现为相关遗传因素如何发挥保护作用提供了新线索，揭示了阿尔茨海默病的发病机制。 要点： 发现：识别出一种对阿尔茨海默病具有保护作用的基因变异──SORL1基因的单倍型「Hap_A」，其在东亚人群（包括中国人和日本人）中的出现频率是欧洲人群的168倍。 证据：研究显示，Hap_A与较佳的认知表现有关，并且与人体组织中SORL1的表达增加有关。SORL1是一种与阿尔茨海默病密切相关的重要蛋白受体。 意义：这项研究展示了跨种族遗传研究有助于揭示遗传因素对阿尔茨海默病的影响，而且发现了SORL1蛋白异构体的一种特定编码变异，它有潜力成为进一步研究该疾病机制的重要靶点。 阿尔茨海默病是一种严重的神经退行性疾病，影响着全球逾5000万人口，给社会经济带来了巨大的负担。然而，有效的治疗方法仍然有限，主要是因为该病的致病机制复杂，用于药物开发的有效靶点也很少。

香港科技大学（科大）工学院最近发表全球首幅高解析度的地下水硫酸盐分布图，揭示了一项惊人的公共卫生隐患——地下水硫酸盐含量过高的现象，正对全球1,700万人的肠胃健康构成威胁。 地下水是数十亿人重要的食水来源，然而，硫酸盐进入供水系统后，可导致饮用者腹泻和脱水，特别对婴幼儿、老年人及其他体弱人士风险更高。此外，硫酸盐还会促进砷的释放，污染水质，并可导致重金属溶解，加速管道腐蚀，间接引发其他健康问题和经济损失。以美国为例，每年因水管腐蚀相关问题所带来的财政成本，便高达220亿美元。 本研究的共同通讯作者、土木及环境工程学系讲座教授陈光浩指出：「地下水中的硫酸盐含量对大众健康和水系统基础设施均有深远影响，可惜这个重要课题往往被忽视。」 为探讨这一问题的严重性，陈教授及其团队采用先进的数据驱动方法，分析了超过17,000项硫酸盐浓度测量数据以及相关的全球地理空间变量数据，成功生成了首幅1公里解析度的硫酸盐分布地图。这张开创性的分布图成为水质评估的实用参考工具，它不但标示出硫酸盐超标的热点地区，还辨别了主要影响因素，包括降水模式和沉积地质等自然现象，以及化肥施用和矿业操作等人类活动。 世界卫生组织建议，食水的硫酸盐浓度不应超过每公升250毫克，一旦污染超出这个水平，便可能出现异常味道。按此标准，研究团队借助这张分布图推算，发现全球有约1.94亿人生活于超标的地区。更令人担忧的是，有约1,700万人生活在地下水硫酸盐浓度超过每公升500毫克的地区，这已是严重超标，可引发肠胃问题。

香港科技大学（科大）物理系和化学系副教授潘鼎的课题组与数学系姚远教授合作，在超临界水中二氧化碳（CO₂）的复杂反应机制研究方面取得了重要发现。这些成果不仅对了解自然界和工程领域中二氧化碳矿化封存的分子机制有重要意义，对了解地球内部碳循环也同样重要，有助于为未来发展碳封存技术提供新的方向。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》*（PNAS）上。 二氧化碳在水中的溶解及其后续的水解反应是有效碳捕集和矿化储存的关键过程，对有助缓解全球变暖的碳封存技术意义重大。潘鼎教授领导的团队通过发展和应用第一性原理马尔可夫模型，揭示了在体相和纳米受限环境中二氧化碳与超临界水的反应机制。他们发现pyrocarbonate（C₂O₅²⁻）是纳米受限环境中稳定且重要的反应中间体，由于pyrocarbonate在水溶液中极易分解，无法稳定存在，故此前一直被忽视。这次pyrocarbonate的意外出现与受限溶液的超离子行为有关。此外，研究团队还发现碳酸化反应涉及沿瞬态水链的集体质子转移，这种转移在体相溶液中表现出协同行为，但在纳米受限条件下可逐步进行。此项研究展示了第一性原理马尔可夫模型在阐明水溶液中复杂反应动力学方面的巨大潜力。

香港科技大学（港科大）今日宣布，正式获得中国载人航天工程空间应用系统的总体单位中国科学院空间应用工程与技术中心（空间应用中心）委托，领军研制全球首款轻小型高分辨率高精度二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）点源协同探测仪载荷。此项目有望成为香港特区首项跟随天舟货运飞船登上中国「天宫」太空站，展开研究与应用的载荷。该仪器能更精准地监测特定范围温室气体的排放浓度，识别温室气体排放源，为制订和评估减碳政策提供关键数据，响应国家「碳达峰、碳中和」的双碳战略政策。 为应对全球气候变化的挑战，国家力争在 2030 年前碳排放量达峰， 并在2060 年前实现碳中和的战略目标。全面且准确的温室气体排放监测工作，对实现此目标至关重要。港科大发起主导项目，研发轻小型高分辨率高精度温室气体点源探测仪，以准确地从太空获取地球主要温室气体排放数据。该项目已于去年正式通过空间应用中心的遴选和审核，预计将安装于中国太空站，并以其为核心平台，实时获取二氧化碳和甲烷的浓度数据。此仪器将是全球首款能同时监测该两种温室气体的既有高解析度又有高精准度的太空探测仪。 该探测仪将重点监测发电厂、堆填区、油田、煤矿及天然气厂等重点碳排放设施，涵盖范围包括香港在内的低至中纬地区。仪器不仅能记录相关温室气体的排放浓度数据，还能同时监测潜在的煤气泄漏，从而减少资源浪费。港科大研究团队计划建立温室气体点源排放数据库，利用相关数据推算实时碳排放量，识别温室气体排放源，并在碳监测、报告和核查工作中，提供可靠、准确且高频次的数据，协助决策者制订更有效的减排政策及评估措施成效。港科大团队计划透过合作方式，将数据分享予不同科研机构，服务粤港澳大湾区以至「一带一路」沿线国家和地区，助力国际社会共同应对和缓解全球气候变化。