2017-02-07 交大前合聘教授湯朝暉 研究榮登《科學》期刊

交大前合聘教授湯朝暉 研究榮登《科學》期刊
交大前合聘教授湯朝暉(左)的研究獲「科學」雜誌期刊刊登奈米粒子的研究,這是第2次,獲科學期刊雜誌刊登研究成果。(湯朝暉提供)

[記者洪美秀/新竹報導]交通大學名譽博士、美國加州理工學院諾貝爾化學獎得主齊維爾Zewail教授與光電系前合聘教授湯朝暉共同合作研究,今年2月3日又以「水中奈米粒子旋轉動態的四維電子顯微影像研究Imaging rotational dynamics of nanoparticles in liquid by 4D electron microscopy」的主題,再度榮登《科學》期刊,這是他第2次獲科學期刊雜誌刊登研究成果。

 

交大表示,去年8月齊維爾Zewail教授不幸去世,湯朝暉教授扛起與齊維爾教授合作團隊研究的重責,督導組內眾博士後們完成數篇論文。湯朝暉教授在這篇是唯一通訊作者的論文中,利用實驗團隊近年來發展出來的四維電子顯微鏡來探索飛秒雷射光脈衝下奈米金在水中的動態。

 

該團隊發現在單脈雷射照射下,啞鈴般的雙金球顆粒在奈秒觀測時間內,表現出彈導式的高速旋轉。另外在連續雷射光照射及較慢觀測期下,奈米雙金球旋轉變成非典型擴散,異於傳統的行為。

 

愛因斯坦曾提出著名的醉漢亂走random walk理論成功解釋單花粉粒在水中的亂動現象,並預測花粉的位移平方的時間均值應與時間成正比。但此團隊的觀測異於愛因斯坦模型的典型現象。且奈米金粒在雷射光下之擴散速度比沒雷射光照射時快上數萬倍。

 

此篇論文除報導新奇現象,也提出物理機制來解釋。研究團隊觀察到奈米金表面出現奈米氣泡,因為奈米金受雷射光加熱以致體內溫度高過水沸點,因此附近水分子受熱氣化而成氣泡。起初氣泡小到連電子顯微鏡都看不到,但隨時間小氣泡膨脹並集結成更大氣泡團,如肥皂泡沫最後脹破或漂離金顆粒。這些氣泡的成長,像火車頭的蒸氣引擎,可推動雙金球的快速旋甦或平移。

 

這篇論文報導四維電子顯微技術觀測下奈米世界中的新奇現象,且示範先進的方法供探討含水環境中生物系統的動態現象。

 

湯朝暉表示,四維電子顯微技術因為其特有的高時間及高空間解析度,它主要用途是用來探討奈米世界中微小物資材料的結構與快速的動態,此篇論文首次報導四維電子顯相可用於液態中系統,異於過去幾年來侷限的固態系統,有助瞭解各種特殊材料的合成與建構,能幫助科學家、工程學者研發出更具高效率的節能減碳、實惠耐用的材料,幫助解決人類能源、環保、醫療保健的重大問題。