2017-02-07 交大論文登《科學》期刊 可研發高效節能減碳材料

交大論文登《科學》期刊 可研發高效節能減碳材料
左至右為加州理工學院研究員湯朝暉、中國大陸學者傅學文、陳斌等五人的研究成果,由權威期刊「科學」(Science)刊出。湯朝暉提供

(突發中心黃羿馨/新竹報導)台灣之光!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)與交大光電系前合聘教授湯朝暉所共同合作研究「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)」,榮登國際知名《科學》期刊,研究成果可幫助科學家、工程家研發出更具高效率的節能減碳、實惠耐用的材料,解決人類能源、環保、醫療保健的重大問題。

 

交通大學表示,去年8月齊維爾教授不幸去世,湯朝暉教授扛起研究重責,全力督導組內眾博士後們完成數篇論文,實驗團隊近年來所發展出來的「四維電子顯微鏡」可用來探索飛秒雷射光脈衝下,奈米金在水中的動態。

 

實驗團隊發現,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(ballistic)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(anomalous diffusion),有異於傳統理論。

 

實驗團隊指出,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之時間均值應與時間成正比,但團隊觀測出,異於愛因斯坦模型之典型現象,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。

 

這篇論文除了報導新奇現象,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,可推動雙金球之快速旋甦或平移。

 

湯朝暉表示,「四維電子顯微技術」,因為具有高時間及高空間解析度,主要可用來探討奈米世界中,微小物資材料的結構與快速的動態,未來將有助瞭解各種特殊材料的合成與建構,幫助科學家工程家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。