新聞及香港科大故事

HKUST Dean of Engineering Prof. Hong K. LO and his team have developed an award-winning smart traffic control plan to mitigate the notorious congestion in Kwun Tong District, Hong Kong. And they have a broader vision to share in this story.

在國家自然資源部大洋事務管理局（大洋局）的全力支持下，香港科技大學（科大）今天為中國科研考察船「深海一號」和「蛟龍號」首次訪港舉行歡迎儀式，慶祝「蛟龍號」載人潛水器於西太平洋完成首個由國家支持的國際深海科研考察航次。這個由科大參與領導的「數字化深海典型生境」大科學計劃，有多國科學家參與，旨在了解該海域的深海典型生態、物種多樣性及礦產資源，為聯合國「海洋科學促進可持續發展十年計劃」（海洋十年） 大科學計劃之一。 多名內地及香港官員、立法會議員、中小學生代表與不同界別人士，今早齊集尖沙咀海運碼頭， 迎接「深海一號」和「蛟龍號」抵港。香港特區政府政務司副司長卓永興、全國人大常委兼立法會議員李慧琼、科大校長葉玉如教授、中國銀行（香港）副總裁兼風險總監徐海峰、多名特區政府官員及立法會議員，與一眾來自內地的嘉賓，包括中國大洋事務管理局局長鄔長斌、副局長唐冬梅、國家深海基地管理中心的高級官員，一同出席由科大安排的歡迎儀式，並登船參觀及聽取科研人員匯報科研考察成果。 香港特區政府政務司副司長卓永興代表香港熱烈歡迎深海一號攜蛟龍號首次訪港，他說：「在香港特區各界積極準備迎接新中國成立75周年之際，這一次訪問不僅標誌著國家在載人深潛科考技術的重大進步，也充分體現了中央政府對香港海洋科研發展及生態保育的關心和支持。我希望香港社會各界好好把握是次機會，深入了解海洋科學的發展。我亦希望是次活動能夠啟發更多香港年青人投身於深海研究，及積極參與國際深海大科學計劃，為實踐海洋命運共同體、構建美好的地球家園貢獻力量。」

香港科技大學（科大）工學院的團隊研發出一種新型工藝技術，可克服傳統積層製造技術（即3D打印技術）的局限，令製造具有複雜三維構型的多孔陶瓷材料更簡易快捷，有望革新多種陶瓷材料的設計與加工技術，並廣泛應用於能源、電子和生物醫學等多個領域的產品上，例如機械人、太陽能電池、傳感器、電池電極和殺菌設備等。 多孔陶瓷是一種應用廣泛的陶瓷材料，性能穩定、具耐沖蝕性、使用壽命長。為研究有效製造這種物料的方法，科大機械及航空航天工程學系副教授楊徵保帶領團隊採用「表面張力輔助兩步法」（STATS）設計了一種加工策略，僅需兩個步驟，包括利用積層製造技術製備有機骨架，以建立基本構型，然後再把所需成分的前驅體溶液注入該骨架中，便可製造出多孔陶瓷。 這種方法最大的挑戰在於如何有效控制液體的幾何形狀。為了達致預期效果，團隊借助了一種在大自然四處可找到的現象——表面張力。由於表面張力可將流體聚集並固定在骨架中，研究人員遂利用這一特性，把前驅體溶液收集於多孔骨架內，最終成功控制液體的幾何形狀，並製造出高精度的多孔陶瓷。 針對由單元格和單元列構成的骨架，研究團隊進一步從理論和實驗兩方面探討了它們的幾何參數，以指導不同排列組合的三維流體界面創建。經過烘乾處理和高溫燒結後，團隊製備出各種複雜構型的多孔陶瓷。這種工藝將成分匹配從結構成型分離出來，通過可編程製造，能夠生成不同單元尺寸、幾何形狀、相對密度、三維結構和組成成分的多孔陶瓷。該STATS方法不僅能夠製備剛玉（Al2O3）等結構陶瓷，還可用於製備二氧化鈦（TiO2）、鐵酸鉍（BiFeO3）、鈦酸鋇（BaTiO3）等各種功能陶瓷產品。 為了驗證新工藝的優越性，團隊選擇了多孔壓電陶瓷作為研究對象，測試它的壓電性能。結果顯示，由於原始漿料中的有機成分顯著減少，這種STATS製造工藝能有效減少陶瓷中的微孔，同時提高局部緻密性。對於整體呈多孔而局部緻密的壓電陶瓷，其優勢尤為顯著，即使在整體孔隙率非常高（> 90%）的情況下，仍能達到相對較高的壓電常數d33（~ 200 pC N-1）。

氯二甲酚是一種在全球廣泛應用的消毒劑，然而由於其相對較高的化學穩定性，加上被大規模使用，已證實對水中的生態系統構成了威脅。香港科技大學（科大）工學院近日發現了一種極具潛力的消毒劑，名為「2,6-二氯苯醌」，有望成為取代氯二甲酚的替代品。這種化合物不僅能更有效地對抗某些細菌、真菌和病毒，還能在受納水體中迅速降解並去除毒性。 這項突破性的研究由科大土木及環境工程學系的張相如教授領導。張教授研究消毒副產物多年，疫情期間，他注意到氯二甲酚的結構與其團隊以前發現的鹵代酚類消毒副產物相似，而某些鹵代酚類消毒副產物能夠在陽光照射下迅速降解。 團隊受部分鹵代酚類消毒副產物的結構特性和降解性質所啟發，設法從消毒副產物中篩選出一種能夠在受納水體中快速降解並去除毒性的高效廣譜消毒劑。團隊研究人員測試了10種消毒副產物在滅活不同病原體時的功效，當中包括大腸桿菌（一種有機會驅動結直腸癌的常見細菌）、金黃葡萄球菌（細菌）、白色念珠菌（真菌）以及噬菌體MS2（病毒）。他們發現2,6-二氯苯醌在滅活細菌、真菌和病毒的功效比氯二甲酚高出9至22倍。 此外，即使在沒有陽光照射的環境下，2,6-二氯苯醌也能在受納海水中通過水解途徑迅速降解，因此可以快速減低對海洋生態食物鏈最底端的環節動物胚胎所造成的發育毒性。2,6-二氯苯醌被排放入海水兩天後顯示，其發育毒性較氯二甲酚低31倍。      張教授闡釋說：「與氯二甲酚相比較，我們這項研究所篩選出來的消毒劑具有更強的滅菌和滅病毒活性，即使在黑暗環境中，其濃度和發育毒性也能在海水中迅速降低。」 他強調，我們迫切需要尋找既環保又高效的消毒劑，尤其自2019冠狀病毒病大流行以來，這項需求變得更加明顯。「在水環境的樣本檢測時，會經常檢測到氯二甲酚，例如在香港的河水樣本中，其最高濃度已達到每升10.6微克的水平。毒理學研究已發現氯二甲酚對水生生物的不良影響，包括內分泌干擾、胚胎死亡和畸形發育。以虹鱒魚為例，若長期暴露於環境濃度下的氯二甲酚（每升4.2微克），可導致基因調控和形態變化。」

香港科技大學（科大）工學院的研究團隊研發出創新磁力驅動平台，僅需一個步驟，便可製作類似精子結構（類精子）的微型機械人，在精準藥物輸送應用上具備優秀的活動能力和高效性能。團隊突破傳統微流控裝置無法處理精密3D結構的限制，成功簡化這些微型機械人的製作過程，有望將這項技術更廣泛地應用於生物醫學領域。 這種類精子「微型機械人（又稱為微游動器）」主要用作在人體內複雜的環境穿梭，幫助精準藥物輸送及微創手術。與傳統的微流控技術相比，類精子微型機械人在液體環境的游動效率較高，但要大量製造，並實現高效驅動和可控藥物釋放一直是個難題。 科大電子及計算機工程學系副教授申亞京領導的研究團隊受鰩魚精子的活動機制所啟發，開發出一部利用外在磁場驅動的漩渦湍流輔助微流控（VTAM）平台，能以一步到位的方法製成類精子微型機械人。這些新設計的類精子微游動器具有可控制推進的靈活尾部及有效載藥的核殼頭部，成功在不同黏度的流體環境中達至高效推進。 申教授表示：「VTAM平台成功以便捷的方法製造複雜的3D多形態結構，實現傳統層流設備無法做到的技術。為了實踐應用，我們致力進一步優化製造過程，以確保微游動器的一致性和穩定性。我們亦期望能進行體內測試，驗證這些微游動器在臨床環境中的實際效果。」 團隊研發的突破性VTAM平台結合了傳統十字形微流控晶片和旋轉磁力攪拌器所形成的漩渦容器。微流控晶片產生的磁性藻酸鹽液滴，通過毛細管轉移到氯化鈣溶液漩渦容器。這些液滴在漩渦流的作用下爆裂，令其內部的磁性藻酸鹽溶液暴露，並被漩渦流抽出，形成類精子的不對稱結構。在抽出尾部後，由於與氯化鈣溶液中的鈣離子發生交聯反應，微游動器便能在幾毫秒內凝固成形。通過此方法製成的微游動器具有可生物降解的核殼頭部和柔軟尾部，其形態亦可透過渦流轉速和溶液濃度進行調節。 為了進一步提高這些新型微游動器的藥物輸送性能，研究團隊在其表面塗上一層酸鹼性敏感膜，讓微游動器能在不同酸鹼值的環境下均達到緩慢並受控的藥物釋放效果。研究證實在不同環境條件下，有塗上該薄膜的微游動器表現出色，藥物釋放效果亦顯著高於未塗上該薄膜的微游動器。研究團隊其後將微游動器導入生物體模擬環境，並在特定位置釋放藥物，進一步印證這種新型微游動機械人在生物醫學上極具應用潛力。

香港科技大學（科大）物理系劉軍偉教授與上海交通大學（上海交大）賈金鋒教授和李耀義教授領導的合作研究團隊在拓撲晶體絕緣體碲化鍚的超導渦旋上發現了一種新的馬約拉納零能模（Majorana zero modes，MZMs），同時研究出利用晶體對稱性調控MZMs間的雜化方法。這項最新發現開闢了實現容錯量子電腦的新途徑，研究結果發表在《自然》期刊*上。 MZMs是超導體中的零能量的、拓撲非平庸的準粒子，其粒子編織方式是非阿貝爾的，即是即使交換次數相同，以不同次序交換粒子，也會產生不同的量子態（圖1a）。這特性與電子和光子等一般粒子截然不同，因為一般粒子的量子態和交換的次序無關（圖1b）。MZMs的這項扭結編織特性可以保護MZMs免受局域的干擾，所以它們是實現容錯量子運算的理想平台。雖然近年科學家發展出人工製造拓撲超導體的方法，但由於在實驗室中實現MZMs編織所需特定磁場，又難似控制對MZMs之間的雜化，而這些實驗中的MZMs相距亦甚遠，一直無法成功耦合MZMs。 科大的理論研究團隊和上海交大的實驗團隊合作，利用製備拓撲材料、以掃瞄穿隧顯微鏡測量和大規模數值模擬的豐富經驗，研究出嶄新方法來耦合MZMs，突破過往實驗的瓶頸。他們在碲化鍚中發現了一種受晶體對稱性保護的MZMs，首次證實了多個MZMs能同時存在於同一超導渦旋中；在不涉及遠距離移動MZMs和強磁場的情況下，破壞磁性鏡像對稱性，同一渦旋中操縱了MZMs的雜化。（圖2）

香港科技大學（科大）工學院的一支研究團隊開發了一個新型環保製冷裝置，其製冷效率大幅增加逾48%，刷新世界紀錄，有望減少全球能源消耗之餘，亦可為依賴製冷技術的行業帶來改革轉型。彈卡製冷技術的效能大幅提升，亦有助推動這項顛覆性技術的商業化，並減低傳統製冷技術對環境所造成的不利影響。 傳統的蒸氣壓縮製冷技術常用的製冷劑容易對環境造成污染。有鑑於此，科學家一直研究對環境友善的替代方案，當中以「基於形狀記憶合金循環相變潛熱固態彈卡製冷技術」尤為重要。這種技術使用的形狀記憶合金製冷劑不僅不含溫室氣體，而且高效及可100%回收利用。然而，所有已開發裝置的「溫跨」，即顯示製冷設備將熱量從低溫源傳遞到高溫散熱器的能力指標，卻相對較小—如約20-50 K，大大阻礙了這一新興技術的商業化。 為了應對這個挑戰，機械及航空航天工程學系的孫慶平教授與姚舒懷教授率領其研究團隊，研發了一種多材料級聯彈卡製冷裝置，並成功打破這款裝置的製冷效能世界紀錄。 他們選擇了三種具有不同相變溫度的鎳鈦合金，分別在冷端、中間端和熱端工作。通過匹配各單元的工作溫度與相應的相變溫度，整體裝置的超彈性溫度窗口擴大至100 K以上，使得每個鎳鈦單元均能在其最佳溫度範圍內工作，顯著提升了製冷效率。該多材料級聯彈卡製冷裝置在水側實現了75 K的溫跨，超越了之前的50.6 K世界紀錄。這項研究突破最近發表在頂尖期刊《自然能源》(Nature Energy)上，題為「A Multi-Material Cascade Elastocaloric Cooling Device for Large Temperature Lift」。

香港科技大學（科大）工學院的研究團隊成功研發了一款利用鈣鈦礦量子線製成的全彩纖維發光二極管，為可穿戴照明和顯示設備的創新發展創造了有利條件。 纖維發光二極管（Fi-LED）因與紡織品的製造兼容及具有均勻的空間亮度，是柔性LED顯示領域中常用的關鍵組件。金屬鹵化物鈣鈦礦（MPH）因具備卓越的光電性能，已成為新一代LED中極具潛力的發光材料。儘管潛力巨大，利用MPH製造纖維發光二極管仍存在不少挑戰，包括由引力和表面張力造成的不均勻塗層、低質量的結晶，以及複雜的電極沉積過程，這些均會導致不均勻及低效率的發光。 為了解決這些難題，科大電子及計算機工程學系和化學及生物工程學系講座教授范智勇的研究團隊採用了一個新穎的方法，在薄鋁纖維上使用多孔鋁膜模板。多孔鋁膜具有約5納米的超小孔徑，MPH前驅體溶液通過卷對卷溶液塗布技術注入多孔鋁膜，隨後進行退火程序，以達致空間均勻的溶劑蒸發和MPH的結晶。這個方法令鈣鈦礦量子線陣列能均勻生長，並大大減低了多孔鋁膜表層上多餘的薄膜結構的形成。 研究團隊成功製成了發射峰值分別為625納米（紅色）、512納米（綠色）和490納米（天藍色）的纖維發光二極管。這些二極管展現出良好的彎曲性和延展性，使其適用於紡織照明的應用。研究團隊並製作了多款二維和三維的結構，包括二維全彩字符串「I ♥ HKUST」，它們均具有出色的熒光均勻性。此外，他們又利用能產生漸變顏色的鹵化物鈣鈦礦量子線製作了維多利亞港的「夜景」，突顯了纖維發光二極管的多功能性和美學潛力。 是項研究為纖維發光二極管的技術帶來了重要進展。團隊未來將著力提升纖維發光二極管的效率和穩定性，探索新的鈣鈦礦成分以增加發光顏色的數量，並將這些設備整合到商業紡織產品中。 范教授說：「量子限域效應與三維多孔鋁膜結構的鈍化相結合，使我們能夠實現出色的光致發光和電致發光效率。我們的創新方法為製造非常規的三維結構光源開闢了新的可能性，並為先進可穿戴顯示技術的發展提供了有利條件。」