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城大研究發現矽納米線具高彈性 助革新醫療儀器

香港城市大學(城大)機械及生物醫學工程學系領導的一項研究發現,矽納米線(silicon nanowire)的拉伸彈性可達一成以上,較過去的發現高出數倍,個別樣本的拉伸彈性更達16%,近乎矽理論上的彈性極限(約17%-20%)。這突破性發現將大大推動柔性電子學發展,並革新醫療儀器科技,造福社會。

這項研究名為「實現矽納米線的理論彈性極限」,8月在美國科學促進會出版的學術期刊《科學進展》上發表,城大機械及生物醫學工程學系博士生張洪題為論文第一撰寫人,他的導師是該學系助理教授陸洋博士

陸博士領導是項研究,他解釋是次發現主要歸功於材料本身的納米尺寸、近乎零缺陷的單晶結構和原子級別的光滑表面;城大研發的精密單軸拉伸測試技術,亦有助避免矽納米線樣本在固定及測試過程中出現損傷。

陸博士指出,矽是半導體產業的基礎,可用於製造各類電子設備和芯片,與大眾生活密切相關。但矽是一種硬而脆的晶體,容易折斷,故製作涉及機械變形的矽基器材(例如置於人體內或皮膚表面以監測健康情況的醫療傳感裝置)時,往往受到很大限制。

現時愈來愈多的電子設備和機電一體化應用涉及機械變形,而矽納米線則是重要的電子材料之一。陸博士說:「是次研究實現了矽納米線的超強彈性,將大大拓展它在這些領域的應用。例如醫療器械生產商能依據人體結構靈活製造柔性微型醫療器件,使用家行動時更方便自如,有助提升醫療技術。」

過去數十年,研究人員發現隨着尺寸的減小,材料可以承受相對更大的變形。此前的研究顯示,若將矽晶體轉化為一維微米及納米尺度,能增加其彈性至約2-3%不等,但這個數值與理論上可達17%的矽彈性極限尚有很大距離。

陸博士的團隊及合作夥伴發現,矽晶體表面的缺陷會顯著影響其彈性,故對高質量的單晶矽納米線作研究,以基於微機械器件的原位納米壓痕儀進行單軸拉伸測試。結果發現矽納米線的平均彈性可達一成以上並可迅速恢復,較現有數據高出五倍多;部分測試的結果更高達16%,近乎理論上的極限。

這項研究的協作大學及機構包括:美國麻省理工學院、加州大學洛杉磯分校、廈門大學及國際商業機器股份有限公司IBM研究院。研究最近獲得研究資助局約70萬港元的撥款,陸博士將在矽納米結構的彈性應變工程這一新興領域展開進一步研究。


編輯注意: 

新聞界查詢:城大傳訊及公關處蔡惠華(電話:3442 6403或6012 0695)。
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