香港科技大学利用极幼铅纳米线取得超导体研究新突破 可提高超导体的医学与生物学应用

2013-06-19

香 港 科 技 大 学 ( 科 大 ) 发 明 全 新 方 法 , 利 用 极 幼 铅 纳 米 线 制 造 加 强 200 倍 的 磁 场 , 提 高 超 导 体 运 作 的 温 度 。 过 去 一 个 多 世 纪 以 来 , 由 于 超 导 体 必 须 于 极 低 温 与 低 磁 场 环 境 内 运 作 , 以 致 其 应 用 性 受 到 限 制 。 科 大 现 解 决 超 导 体 研 究 的 樽 颈 , 可 望 大 大 增 加 基 于 超 导 体 的 技 术 , 促 进 技 术 于 医 学 与 生 物 学 的 应 用 , 包 括 用 以 检 测 癌 症 与 中 风 等 疾 病 的 磁 力 共 振 扫 描 技 术 ( MRI ) 。 这 项 突 破 性 研 究 已 刊 登 于 著 名 纳 米 科 技 学 术 期 刊 《 美 国 化 学 学 会 ─ 纳 米 》 。

科 大 是 项 研 究 由 物 理 学 系 洛 鹤 夫 Rolf Walter Lortz 教 授 领 导 , 跨 学 科 团 队 由 物 理 学 系 沈 平 教 授 、 化 学 工 程 及 生 物 分 子 工 程 学 系 林 梁 旭 教 授 与 胡 喜 军 教 授 , 以 及 物 理 学 系 与 蒙 民 伟 纳 米 科 技 研 究 所 的 研 究 人 员 组 成 。 虽 然 超 导 体 现 象 于 一 百 多 年 前 已 被 发 现 , 然 而 由 于 超 导 体 必 须 于 低 温 、 低 磁 场 的 环 境 下 运 作 , 牵 涉 复 杂 技 术 与 高 昂 费 用 , 以 致 未 获 广 泛 应 用 。 由 于 医 学 与 生 物 造 影 技 术 均 需 要 极 强 的 磁 场 , 科 学 界 一 直 期 望 发 展 超 导 体 的 高 磁 场 应 用 、 及 将 现 时 核 磁 共 振 成 像 技 术 的 上 限 磁 场 21 特 斯 拉 进 一 步 增 强 。 虽 然 如 此 , 近 年 的 进 展 却 乏 善 足 陈 。

为 了 解 决 现 时 低 温 与 低 磁 场 的 限 制 条 件 , 科 大 团 队 利 用 基 本 超 导 体 制 成 纳 米 结 构 , 将 其 临 界 磁 场 提 高 200 倍 。 团 队 采 用 全 新 的 化 学 方 法 , 将 铅 这 种 超 导 材 料 注 入 至 介 孔 硅 材 料 SBA-15 的 孔 道 里 , 形 成 直 径 六 纳 米 的 极 幼 铅 纳 米 线 。 铅 纳 米 线 组 成 密 集 、 以 平 行 线 为 主 干 的 网 络 , 它 们 靠 得 极 近 , 因 而 在 纳 米 量 级 的 范 围 内 保 留 了 铅 的 超 导 特 性 。 结 果 显 示 , 铅 本 身 的 临 界 磁 场 为 0.08 特 斯 拉 ( Tesla ) , 制 成 铅 纳 米 线 后 其 临 界 磁 场 则 提 高 至 15 特 斯 拉 以 上 。 团 队 亦 成 功 发 明 相 对 简 单 、 廉 宜 的 制 备 方 法 , 此 方 法 可 应 用 于 制 备 其 他 类 近 的 超 导 纳 米 材 料 。

超 导 体 其 中 一 项 主 要 的 用 途 为 MRI 医 疗 检 测 , 该 技 术 透 过 非 入 侵 性 技 术 取 得 人 体 软 组 织 的 高 解 像 度 影 像 , 可 用 于 监 测 癌 症 、 中 风 及 其 他 疾 病 , 并 帮 助 医 生 监 测 癌 症 病 人 体 内 的 康 复 过 程 。 科 大 的 新 方 法 大 幅 增 强 超 导 体 的 临 界 磁 场 , 由 基 础 研 究 转 化 为 应 用 研 究 后 , 可 望 大 大 改 善 影 像 的 质 素 。

为 了 令 磁 场 的 上 限 远 远 高 于 21 特 斯 拉 , 科 大 团 队 下 一 阶 段 的 计 划 是 利 用 其 他 有 较 高 临 界 磁 场 的 超 导 材 料 以 取 代 铅 , 例 如 铌 ( Nb ) 或 已 获 广 泛 应 用 的 高 功 能 超 导 体 合 金 锡 化 铌 ( Nb3Sn ) 等 。 另 外 为 了 增 加 材 料 的 应 用 性 , 团 队 正 探 索 将 材 料 大 量 生 产 的 可 能 性 。

传 媒 查 询 :

黄 锦 佳

电 话 ﹕ 2358 6306

电 邮 ﹕ maviswong@ust.hk

 
 研 究 团 队 成 员 : ( 左 起 ) 研 究 生 何 明 全 和 黄 志 豪 、 洛 鹤 夫 教 授 、 胡 喜 军 教 授 、 林 梁 旭 教 授 及 沈 平 教 授 。
研 究 团 队 成 员 : ( 左 起 ) 研 究 生 何 明 全 和 黄 志 豪 、 洛 鹤 夫 教 授 、 胡 喜 军 教 授 、 林 梁 旭 教 授 及 沈 平 教 授 。
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