新聞及香港科大故事
2015
新聞
創新鋁合物應用廣泛 為建築界帶來曙光
起初只為研究鋁的廣泛應用,為建築界帶來新技術,誰不知最後卻成就了更耀眼的結果。
2011年,土木及環境工程學系陳銳斌教授獲全球領先鋁生產商UC RUSAL(俄鋁)資助,研究如何擴闊鋁於建造業方面的應用。由於鋁質地較軟,無法承受重力,於建築方面一向只被應用到如窗框等較輕便的結構上。三年以來,研究期即將完結之際,陳教授發現一種新技術,可產生一種稱之為複合鋁的新鋁合物,為研究帶來突破。
陳教授表示﹕「一直以來,工程界將碳纖維黏貼到鋁的表面以提升鋁的硬度,但如今透過納米科技,我們成功改變碳纖維的構造,首次令它可於結構層面與鋁完全融合,這種複合鋁的應用範圍比傳統鋁更為廣泛,不但可用於製造電子產品、汽車、飛機,亦能運用到更多建築物的結構部分。」
陳教授正為新物料申請專利,而研究將進行至明年六月,以便陳教授團隊進一步研究大量生產這種新鋁合物的可行性。複合鋁不單比傳統鋁強韌,傳導性能亦更強。雖然它不及鋼鐵堅韌,但其質輕及防鏽特性,適合應用作建築物天花、飛機外殼、汽車外殼以及框架等結構。若與陳教授團隊另一種發明相變物料一同使用,複合鋁更可用於建造大廈的外牆。這種新式建築外圍結構比由鋼筋水泥建成的較為便宜及環保。
陳教授續稱﹕「雖然很多大廈都裝有隔熱層,但由恆溫系統產生的冷暖空氣仍會透過大廈幕牆與大廈結構之間的罅隙溜走,可引致高達百分之四十的能源損耗,但由我們發明的智能建築圍護結構則可大量減省這種損耗。」
該新式結構由複合鋁、相變物料、石膏板以及聚異氰脲酸酯泡沫塑料組合而成,已通過香港、上海、北京以及莫斯科的樓宇安全測試。
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新聞
5-G無線系統的精彩世界
目前,全球正採用第四代(4-G)無線系統,但研究人員正日以繼夜研發新一代5-G無線系統,預期將於2020年面世。未來的5-G系統如何領先當今的4-G技術?據稱新系統的數據容量將會擴大1000倍,並能連接多達1000倍以上數量的設備,能源效率較現時優勝1000倍,屆時即享有更快速的比特率(bit rate)及明顯改善時延問題。此外,5-G系統將支援新的應用場景,例如機器間通訊(machine-to-machine communications)。要達到上述目標並非易事。在早前的科大 “Science-for-Lunch” 午餐座談會上,劉堅能教授分享其最新的觀點和系統應用的情況,以及面對的技術性挑戰和箇中機遇。
現可於此收看有關講座的分享。
2014
新聞
香港科技大學物理學家成功調控光子形狀 創造光腔裝載效率最高紀錄
香港科技大學(科大)物理系副教授杜勝望及其研究團隊,成功調控光子形狀,令光腔裝載效率大幅提升至百分之八十七,為現今最高紀錄。這科學上的突破有望推動實現基於腔量子電動力學的高效量子信息網路,並為將來的量子信息發展奠定基礎。有關研究成果近日刊登於物理學的國際權威刊物《物理評論快報》。
2012年諾貝爾物理獎的一半授予了塞爾日·阿羅什的腔量子電動力學的工作。在基於腔量子電動力學的量子信息網絡中,光子來回於光腔間飛行,載有量子信息的光子被光腔捕獲後,進行量子計算和信息傳遞。然而,要捕捉光子及將光子裝載在光腔中並不容易,因為在光子進入光腔的過程中,可能被反射或直接穿過光腔。在以往的研究中,光子從自由空間載入光腔的效率約不超過百分之二十。
杜教授及其團隊揭示了光子在光腔裡波粒二相的奇特量子行為。他們的光腔由兩面反射鏡組成,其中一面鏡子的反射率接近百分百,另一面的反射率較低,用來接受光子。研究發現,相對於一個特定的光學腔,光子有一個優化的波形;處於該優化波形的光子可以被光腔百分之百地接納,而不會從入口處反射回去或逃離。杜教授及其團隊通過改變光子形狀和利用其波動量子干涉效應達到目的。
杜教授解釋,他們採用一個「傳告」的方案,利用鐳射激發一團銣的冷原子產生糾纏的光子對,通過對其中一個光子的測量,剩下的光子就處於一個被「傳告」的條件單光子態,這光子的波形,既可通過控制激發鐳射的參數來調控,也可被「傳告」後用外加的調製器改變。杜教授及其團隊首次運用該技術,實現了破紀錄的百分之八十七光腔裝載效率,為將來的量子信息發展奠定基礎。
杜勝望教授於2008年加入科大,並於2011年獲科大理學院頒發傑出研究獎。杜教授畢業於南京大學,並在北京大學取得物理學碩士學位,亦於美國科羅拉多大學波爾德分校取得電機工程碩士與物理學博士學位。他加入科大前,曾於美國史丹福大學擔任博士後研究學者。
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新聞
香港科技大學研發出新材料讓高分子太陽能電池效率創新紀錄
香港科技大學化學系顏河教授的研究團隊,近日成功研發出三種新的高分子材料以及超過十種高分子富勒烯材料組合,能夠實現高達10.8%的光電轉化效率,是迄今最高效的單節高分子太陽能電池。
高分子太陽能電池是一種成本低且環保的太陽能技術。高分子太陽能電池板不但輕巧靈活,更可透過類似報章印刷的技術大量生產,以降低成本。高分子太陽能電池由高分子給體和富勒烯受體的共混薄膜構成,可為智能手機及手提電腦等流動裝置充電。儘管高分子太陽能電池近年發展迅速,一些限制條件仍然制約其發展,如高分子-富勒烯共混膜的形貌難於控制。
顏河教授團隊與北卡羅來納州立大學的Harald Ade教授以及馬偉博士合作,在《自然通訊》上發表了一篇論文,闡述隨溫度控制的高分子聚集效應是實現高效率太陽能電池的關鍵因素。Ade教授團隊運用一系列的X光技術對高分子-富勒烯混合物形貌進行了測試,發現由科大顏教授團隊研發的混合物擁有「近乎理想」的形貌狀態,有別於現存的先進材料。
顏教授表示:「開發高分子太陽能電池材料的研究成功率通常較低,僅有幾種高分子材料和一種富勒烯材料可達9%的光電轉化效率。而我們團隊自2013年9月研發出第一個超過10%效率的材料組合之後,在過去一年先後研發出兩種高分子材料及多種不同的富勒烯材料,均能實現超過10%的能源轉化效率。我們希望這些新材料的設計方法和Ade教授的測試結果能促進其他科研人員對高分子-富勒烯材料的研發,從而提升太陽能電池效率,進一步降低成本,儘早實現高分子太陽能電池商業化。」
除了研發出10.8%效率的高分子太陽能電池,顏教授團隊在其他有機太陽能電池領域也取得了突破,包括用高分子或者小分子作為受體的有機太陽能電池,達至6.3%的高效率記錄。長遠來說,發展新型受體材料將拓闊製造有機太陽能電池材料的選擇,促進高效、低成本太陽能電池的發展。三篇闡述這些成果的文章已於高影響因子雜誌Advanced Materials 和 Energy and Environmental Science上發表。
新聞
立「光」見影
香港科技大學張鑑泉理學教授兼化學系講座教授唐本忠教授的研究團隊,近日成功研發嶄新「聚集誘導發光」(AIE) 物料,可提升法醫搜證的效率及應用於細菌顯影技術。
新AIE物料所套取的指模質素較普遍使用的碳粉技術優勝,不但可節省達90%的搜證時間,而且能夠更穩定及準確地探測細菌活性。
唐本忠教授指出,AIE所獲取的指模在質素或效率方面,都更勝目前採用的碳粉技術。
AIE物料的優勢在於使用時無須轉移指紋。只需拍下指模影像,再以AIE物料令其發光,然後將影像傳送到智能裝置,即可與相關數據庫作比對。
唐教授表示︰「傳統方法較為耗時,而且把指模轉移至膠紙的過程中,部份影像或會流失,因此指模質素可能較為遜色。」
唐教授認為AIE 亦能延長細菌發光的時間,故有潛力成為更準確和穩定的顯影劑,用以探測細菌活性。因此,AIE物料尤其有利環境監測、醫療衞生、食品加工以至醫藥品質控制等廣泛行業。
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新聞
香港科技大學研發聚集誘導發光物料 開拓嶄新應用領域 提升法醫搜證效率及細菌顯影技術
香港科技大學張鑑泉理學教授、中科院院士兼化學系講座教授唐本忠博士的研究團隊,近日成功研發嶄新「聚集誘導發光」(AIE) 物料,不但可用以套取指模,比傳統所用的碳粉技術節省達90%的搜證時間,更可大幅提高指模的質素;新物料亦可用作細菌顯影液,較現今普遍應用於探測細菌活性的物料具更高的準確性及穩定性。
唐本忠教授自2001年發現AIE現象以來,利用該技術開發了一系列用途廣泛的先進功能物料,先後應用於構建高效有機發光二極管、快速癌症檢測系統及環境污染物探測器等範疇,影響深遠。今次的最新發現,成功將AIE物料的應用開拓至法醫搜證及細菌顯影等方面。
現時警方及法醫於犯罪現場套取指紋,主要方法是以碳粉撒在指模上,再以膠紙套取沾上碳粉的指模紋理,由於過程中難免會有碳粉脫落,令指紋影像失真,加上警方需將膠紙上的指模送往實驗室掃瞄存取至數據庫,過程相當需時。
若利用唐教授的AIE熒光物料,指紋無須被轉載,警方只需直接利用智能手機拍下發光的指模影像,透過互聯網與相關數據庫作比對,指紋真確度不但得以大幅提升,驗證的過程亦更為簡易便捷。此外,以往留在屈曲、圓形或不平滑表面而不易被套取的指模,現利用新物料也能被成功擷取。
至於AIE細菌顯影液,較市面一般沿用的碘化丙啶,不論於穩定性或準確度方面都更為優越。傳統的顯影液主要透過將細菌表面染色而顯露其位置,但用者一般需將多餘的顯影液清洗掉,部分細菌可能因而流失。新物料直接滲透細菌的細胞膜令其發光。由於未進入細菌的物料不發光,用者無須抹除多餘顯影劑,準確度不但得以大大提升。這種無毒的物料與細菌結構相結合更大大延長了細菌發光的時間,因而可長時間監測細菌,有益於水文環境、對環境監測、醫療衞生以至食品加工等的監測。
唐本忠教授多年來不斷研究有關AIE的新現象、新過程和新理論,開發其在化學、生物傳感及光電器件等方面的應用,獲獎無數。唐教授利用百餘種不同的熒光物料,擴展應用層面,現在他甚至可將AIE物料注入人體內令細胞染色發光,用以追蹤癌細胞擴散。AIE於2012年被國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)列為專題,獲撥款3000萬元人民幣進行深入研究。