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【裘槎科研獎】學者研「納米腔」 纖維可測爆炸物

2019-12-17
■王建方將利用所得獎金,進一步研究「表面等離激元納米腔」。 香港文匯報記者詹漢基  攝■王建方將利用所得獎金,進一步研究「表面等離激元納米腔」。 香港文匯報記者詹漢基 攝

現代人類生活與「光」息息相關,光纖技術、太陽能板均是善用光的特性與能量的例子。中文大學物理系教授王建方致力研究以納米金屬材料實現更有效地操控光線,他近日獲裘槎基金會頒發「裘槎優秀科研者獎2020」,助他開展能將光的強度增強10萬倍的「表面等離激元納米腔」(Plasmonic Nanocavities)項目。該技術潛力巨大,有望提升多種光譜檢測儀器的效能,將來甚至只需用手指隨意一拈的衣服纖維,就可以檢測出恐怖分子身上的危險爆炸物。

人類無法觸摸光線,卻無阻人類控制光線的慾望。「光無處不在,我們的工作是尋找新的方法、材料,去更好地控制光。」王建方接受香港文匯報專訪時舉例說,相機、光纖,乃至醫學範疇的光譜檢測儀器,均是利用了光與不同物質的相互作用,來達到特定目的。他近年研究各種納米層級大小的金屬顆粒,以期更好地運用金屬控制光線。

現時他與團隊已掌握合成各樣金屬顆粒的手段,能有效、大量地製造出金納米球、圓盤、銀棒,以至直徑只有真戒指10萬分之一的納米戒指。

王建方說,在超微小的納米尺度,當聚合不同形狀、數量的金屬顆粒,就能對光產生強大作用,包括聚焦、發熱等。他解釋,「光線照下來,金屬顆粒表面無數的電子就會顫動;過程就如用手輕撥琵琶,弦線就會震動。該物理現象被稱為『表面等離激元』。」若能善用其中的能量,將大大拓展了光的用途。

光強度可增加10萬倍

王建方發現,兩個金屬顆粒貼得愈近,光的波長與金屬電子的電場可產生共鳴,愈能增加光的強度;但兩個顆粒不能接觸,否則就會失效。故他想出了解決方式,在兩顆金屬顆粒中間加上一層極薄的二維納米物料,例如只有一個原子厚度的石墨烯,就能在顆粒與顆粒間製造「最近的距離」,形成一個「表面等離激元納米腔」。

該結構能使光的強度增加高達10萬倍,將來可應用於食品、環境監測、醫藥、農業等不同範疇的光譜檢測儀器,使監測靈敏度提升到100倍以上。

由於「表面等離激元納米腔」的研發仍處於論證階段,故明年起會運用「裘槎優秀科研者獎」的200萬元研究經費,開發可靠的納米腔建構方法。若技術成熟,「未來甚至可以用於安保方面,哪怕恐怖分子手上或衣服上只沾有極小量的爆炸物,也能檢測出來,大大保障了社會及人身安全。」

一秒可把窗戶透明變磨砂

由於王建方及其研究團隊已經掌握合成金屬顆粒的竅門,他們亦已茪漎膍s「智能窗戶」、「太陽光驅動海水淡化」等應用。在智能窗戶方面,只要在玻璃表面加上「金屬-高分子複合材料」塗層,用電改變金屬顆粒的狀態,可做到一秒內把窗戶由透明變為磨砂,並能自動調整透光率,控制室內溫度,為節能減排「開一扇新窗」。

至於海水化淡,團隊正研究利用金屬納米顆粒材料,提升將太陽能轉換成熱能的效率;只需將覆蓋荅レ怬鰹う漁水容器置於太陽底下,就能做到快速蒸發海水、收集淨水,過程絲毫不耗電力。

今年度裘槎基金會共向9名香港傑出學者頒發科研獎項,包括王建方等3人獲優秀科研者獎、4人獲前瞻科研大獎,另兩人則獲優秀醫學科研者獎。 ■香港文匯報記者 詹漢基

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