香港科技大學（科大）工學院的研究團隊成功研發了一種可持續及可控的界面熱傳遞策略，有助提升綠色製冷技術於電子設備、太陽能電池板和建築物等應用中的效能。
面對氣候暖化，全球對製冷技術的需求有增無減，世界各地的科學家一直積極鑽研更有效的節能冷卻技術。與需要消耗能量才能運作的「主動冷卻」系統相比，「被動冷卻」依靠自然過程和建築設計方式來散熱，在不耗能或低耗能的情形下保持舒適的室內溫度。這種環保節能的方式對於實現碳中和目標意義重大，因此引起了研究人員的廣泛興趣。
其中一個新興研究領域是使用金屬有機框架材料進行被動冷卻。金屬有機框架是一種多孔材料，可以吸收空氣中的水氣，用於提升室內空間冷卻應用的能源效率。然而，這些材料中的多孔晶體通常具有較低的熱導率，限制了它的傳熱效率。此外，在被動製冷應用中，這些材料通過吸附水進行製冷，其吸附的水分子進一步降低了其有效熱導率。這種限制令金屬有機框架材料難以透過改變其本徵熱物性以提高其冷卻性能。
為了應對這些困難，全球各地的研究人員將注意力轉向調控多孔晶體與其接觸材料之間的界面熱傳遞。他們利用加工納米結構、表面化學修飾和生長自組裝單分子層等多種界面工程方法，以有效增強界面熱導。然而，合成或製備具有精確原子控制的界面層是一項艱巨的任務，限制了這些方法的潛在應用。
針對這個難題，由科大機械及航空航天工程學系周艷光教授帶領的研究團隊，研發了一種可持續且可控的策略，利用金屬有機框架材料中的水吸附來調控接觸材料與典型多孔晶體之間的界面熱傳遞。通過頻域熱反射測量和分子動力學模擬，他們發現接觸材料與多孔晶體之間的界面熱導由於水分子的吸附，從5.3 MW/m2K提升至37.5 MW/m2K，升幅約7.1倍。同時，他們從其他接觸材料與多孔晶體系統中也觀察到有效的增強效果。
研究團隊將這個升幅歸因於利用多孔晶體中吸附水分子形成的密集水通道，這些通道作為額外的熱傳遞路徑，顯著增強了界面間的熱能傳輸。此外，他們通過使用自主研發的頻域直接分解方法進行進一步分析，發現水的存在不僅激發了高頻聲子振動模式的熱傳輸，其橋梁作用還令接觸材料與多孔晶體的振動態密度大幅重疊，進而增強兩者間的熱量傳輸。
周教授表示：「這項創新研究不僅為多孔晶體和其他固體材料的界面熱傳遞提供了新的見解，而且對優化基於多孔晶體的冷卻應用的性能具有重要意義。透過利用水吸附過程，我們的團隊在控制界面傳熱方面取得了突破，為未來發展更高效的冷卻技術鋪路。」
這項研究最近在全球頂尖的多元學科期刊《自然－通訊》上發表，標題為「Direct Observation of Tunable Thermal Conductance at Solid/Porous Cystalline Solid Interfaces Induced by Water Adsorbates」。團隊的其他成員包括周教授的博士生王廣、樊弘昭、李佳旺，以及科大機械及航空航天工程學系副系主任李志剛教授。
關於香港科技大學
香港科技大學（科大）（https://www.hkust.edu.hk/）是國際知名的研究型大學，其科學、工程、商業管理及人文社會科學領域，均臻達世界一流水準。科大校園國際化，提供全人教育及跨學科研究，培育具國際視野、創業精神及創新思維的優秀人才。逾八成的科大研究，於香港的大學教育資助委員會「2020研究評審工作」被評為「國際卓越」或「世界領先」水平。我們於最新的《泰晤士高等教育全球年輕大學排名榜2023》中排行第二，而科大的畢業生在2023年度的全球大學就業能力排名第29位，位於亞洲院校前列。科大成員共創立了1,747間至今活躍的初創公司，當中包括10間獨角獸企業和13間成功退場的公司（上市集資或被併購），合共創造了逾4,000億港元的經濟效益。科大於《2024年QS 世界大學學科排名》中，共有12個科目躋身全球50強，其中「數據科學及人工智能」學科更位列全球第10，為本地大學之首。
關於香港科技大學工學院
香港科技大學（科大）（hkust.edu.hk）是國際知名的研究型大學，其科學、工程、商業管理及人文社會科學領域，均臻達世界一流水準。工學院（seng.hkust.edu.hk）是科大規模最大的學院，致力提供全人教育，培育具國際視野、創業精神及創新思維的優秀人才。學院享有良好的國際聲譽，在多個排名榜上位踞前列，包括在《2024年泰晤士高等教育世界大學工程學科排名》中位列全球第33位。
