中國(guó)粉體網(wǎng)訊 香港理工大學(xué)（理大）機(jī)械工程學(xué)系采用嶄新科技，將傳導(dǎo)性能高的納米材料植入半導(dǎo)體納米纖維，研發(fā)出的合成物具高速傳導(dǎo)性能，因而應(yīng)用范圍廣泛，應(yīng)用于創(chuàng)造潔凈能源和環(huán)境的范疇，效果尤佳。
這項(xiàng)發(fā)明于第四十五屆國(guó)際發(fā)明展獲頒「評(píng)判特別嘉許金獎(jiǎng)」，發(fā)明展于今年3月29日至4月2日于瑞士日內(nèi)瓦舉行。
解決議題
半導(dǎo)體材料可制成非常細(xì)小的納米纖維，直徑小至60納米(少于一根人類(lèi)頭發(fā)的千分之一)，在今日社會(huì)廣泛應(yīng)用于光子產(chǎn)品 (如:太陽(yáng)能電池、清潔環(huán)境的光觸媒)，亦有用于非光子產(chǎn)品 (如: 生物化學(xué)感應(yīng)器、鋰電池)。半導(dǎo)體吸收光或能源后，會(huì)激發(fā)電子和電洞的產(chǎn)生，形成電流及訊息；然而，電子和電洞容易快速?gòu)?fù)合，導(dǎo)致流動(dòng)減少，相關(guān)功能亦因而大減。這特性令半導(dǎo)體納米纖維的應(yīng)用與發(fā)展大受制肘。
理大機(jī)械工程學(xué)系團(tuán)隊(duì)研發(fā)的嶄新科技，正能解決上述問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)由創(chuàng)新產(chǎn)品與科技講座教授梁煥方教授率領(lǐng)，采用靜電紡紗技術(shù)，將傳導(dǎo)性能高的納米材料(例如:石墨烯、碳納米管)，植入半導(dǎo)體納米纖維(例如:二氧化鈦 TiO2)，制成具高速傳導(dǎo)性能的半導(dǎo)體納米纖維，其仿如為電子流動(dòng)筑建的高速公路，大大提升電子流動(dòng)速度，減少電子與電洞復(fù)合情況。
高速傳導(dǎo)性能的半導(dǎo)體納米纖維的應(yīng)用與發(fā)展范疇非常眾多，梁教授的團(tuán)隊(duì)先在兩大環(huán)保范疇作應(yīng)用研究: 太陽(yáng)能電池，以及清潔環(huán)境的光觸媒。
提升太陽(yáng)能電池效率
研發(fā)最新世代的太陽(yáng)能電池，包括顏料敏化太陽(yáng)能電池(Dye Sensitized Solar Cell /DSSC)及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Perovskite Solar Cell)，是發(fā)展清潔及再生能源的未來(lái)方向。然而，要更廣泛應(yīng)用，仍需著力研究?jī)纱蠓懂? 提升能量轉(zhuǎn)換效率，以及減低生產(chǎn)成本。
理大團(tuán)隊(duì)以突破性科技，將碳納米管/石墨烯植入顏料敏化/鈣鈦礦太陽(yáng)能電池內(nèi)的二氧化鈦 (TiO2) 半導(dǎo)體納米纖維，證實(shí)能量轉(zhuǎn)換效率提升40-66%。在成本效益方面，如與市面普通使用的多層晶體硅太陽(yáng)能電池比較，按其產(chǎn)生一度電的電費(fèi)為US$0.25 (HK$1.94) 作推算，有植入碳納米管的顏料敏化太陽(yáng)能電池的成本會(huì)高12 - 32% (HK$2.18 - 2.56)；而有植入石墨烯的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的成本則低28 - 40% (HK$1.17 - 1.40)。
由于理大研發(fā)的半導(dǎo)體納米纖維傳導(dǎo)性能甚為高速，能助大幅提升效率，相信不久將來(lái)，按此科技研研發(fā)出的太陽(yáng)能電池，效率會(huì)遠(yuǎn)勝硅太陽(yáng)能電池，兼且成本亦較后者低。
提升光觸媒清潔空氣功能
二氧化鈦(TiO2)是現(xiàn)時(shí)市面廣泛應(yīng)用于空氣凈化及消毒裝置的光觸媒物質(zhì)，不過(guò)，TiO2 只受紫外光激發(fā) (占太陽(yáng)能約6%) ，在室內(nèi)環(huán)境使用效果不理想，如要更廣泛應(yīng)用于不同范疇，面臨相當(dāng)制肘；此外，TiO2將一氧化氮(NO) 轉(zhuǎn)化為二氧化氮(NO2)的效率亦較低，一般低于 5%。
理大團(tuán)隊(duì)將石墨烯卷植入TZB(主要成分為 TiO2)合成物，產(chǎn)生的嶄新半導(dǎo)體納米纖維，能發(fā)揮高速公路功效，快速輸送電子，將已吸附的污染物氧化。此外，在嶄新的半導(dǎo)體納米纖維，吸光及吸附有害分子的外露面積亦大幅增加。
嶄新的半導(dǎo)體納米纖維可將90%的NO 轉(zhuǎn)化為NO2，效率比不含石墨烯者增加35%；與市面廣泛應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)TiO2粒子比較，轉(zhuǎn)化效率更優(yōu)勝10倍，而成本則低10倍。
應(yīng)用范疇廣泛、發(fā)展空間無(wú)限
半導(dǎo)體納米纖維的應(yīng)用廣泛，發(fā)展空間遼闊。理大以突破性科技，研發(fā)高速傳導(dǎo)性能的半導(dǎo)體納米纖維，未來(lái)在各領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿o(wú)可限量。
除了應(yīng)用于研發(fā)效能大幅提升的太陽(yáng)能電池及光觸媒外，其他具發(fā)展?jié)摿Ψ懂牭拿黠@例子包括: 提高生物化學(xué)感應(yīng)器的敏感度及感應(yīng)速度，以及生產(chǎn)電阻少、儲(chǔ)電能力強(qiáng)的鋰電池。
