香港科技大學利用極幼鉛納米線取得超導體研究新突破 可提高超導體的醫學與生物學應用

2013-06-19

香 港 科 技 大 學 ( 科 大 ) 發 明 全 新 方 法 , 利 用 極 幼 鉛 納 米 線 製 造 加 強 200 倍 的 磁 場 , 提 高 超 導 體 運 作 的 溫 度 。 過 去 一 個 多 世 紀 以 來 , 由 於 超 導 體 必 須 於 極 低 溫 與 低 磁 場 環 境 內 運 作 , 以 致 其 應 用 性 受 到 限 制 。 科 大 現 解 決 超 導 體 研 究 的 樽 頸 , 可 望 大 大 增 加 基 於 超 導 體 的 技 術 , 促 進 技 術 於 醫 學 與 生 物 學 的 應 用 , 包 括 用 以 檢 測 癌 症 與 中 風 等 疾 病 的 磁 力 共 振 掃 描 技 術 ( MRI ) 。 這 項 突 破 性 研 究 已 刊 登 於 著 名 納 米 科 技 學 術 期 刊 ACS Nano《 美 國 化 學 學 會 ─ 納 米 》 。

科 大 是 項 研 究 由 物 理 學 系 洛 鶴 夫 Rolf Walter Lortz 教 授 領 導 , 跨 學 科 團 隊 由 物 理 學 系 沈 平 教 授 、 化 學 工 程 及 生 物 分 子 工 程 學 系 林 樑 旭 教 授 與 胡 喜 軍 教 授 , 以 及 物 理 學 系 與 蒙 民 偉 納 米 科 技 研 究 所 的 研 究 人 員 組 成 。 雖 然 超 導 體 現 象 於 一 百 多 年 前 已 被 發 現 , 然 而 由 於 超 導 體 必 須 於 低 溫 、 低 磁 場 的 環 境 下 運 作 , 牽 涉 複 雜 技 術 與 高 昂 費 用 , 以 致 未 獲 廣 泛 應 用 。 由 於 醫 學 與 生 物 造 影 技 術 均 需 要 極 強 的 磁 場 , 科 學 界 一 直 期 望 發 展 超 導 體 的 高 磁 場 應 用 、 及 將 現 時 核 磁 共 振 成 像 技 術 的 上 限 磁 場 21 特 斯 拉 進 一 步 增 強 。 雖 然 如 此 , 近 年 的 進 展 卻 乏 善 足 陳 。

為 了 解 決 現 時 低 溫 與 低 磁 場 的 限 制 條 件 , 科 大 團 隊 利 用 基 本 超 導 體 製 成 納 米 結 構 , 將 其 臨 界 磁 場 提 高 200 倍 。 團 隊 採 用 全 新 的 化 學 方 法 , 將 鉛 這 種 超 導 材 料 注 入 至 介 孔 硅 材 料 SBA-15 的 孔 道 裡 , 形 成 直 徑 六 納 米 的 極 幼 鉛 納 米 線 。 鉛 納 米 線 組 成 密 集 、 以 平 行 線 為 主 幹 的 網 絡 , 它 們 靠 得 極 近 , 因 而 在 納 米 量 級 的 範 圍 內 保 留 了 鉛 的 超 導 特 性 。 結 果 顯 示 , 鉛 本 身 的 臨 界 磁 場 為 0.08 特 斯 拉 ( Tesla ) , 製 成 鉛 納 米 線 後 其 臨 界 磁 場 則 提 高 至 15 特 斯 拉 以 上 。 團 隊 亦 成 功 發 明 相 對 簡 單 、 廉 宜 的 製 備 方 法 , 此 方 法 可 應 用 於 製 備 其 他 類 近 的 超 導 納 米 材 料 。

超 導 體 其 中 一 項 主 要 的 用 途 為 MRI 醫 療 檢 測 , 該 技 術 透 過 非 入 侵 性 技 術 取 得 人 體 軟 組 織 的 高 解 像 度 影 像 , 可 用 於 監 測 癌 症 、 中 風 及 其 他 疾 病 , 並 幫 助 醫 生 監 測 癌 症 病 人 體 內 的 康 復 過 程 。 科 大 的 新 方 法 大 幅 增 強 超 導 體 的 臨 界 磁 場 , 由 基 礎 研 究 轉 化 為 應 用 研 究 後 , 可 望 大 大 改 善 影 像 的 質 素 。

為 了 令 磁 場 的 上 限 遠 遠 高 於 21 特 斯 拉 , 科 大 團 隊 下 一 階 段 的 計 劃 是 利 用 其 他 有 較 高 臨 界 磁 場 的 超 導 材 料 以 取 代 鉛 , 例 如 鈮 ( Nb ) 或 已 獲 廣 泛 應 用 的 高 功 能 超 導 體 合 金 錫 化 鈮 ( Nb3Sn ) 等 。 另 外 為 了 增 加 材 料 的 應 用 性 , 團 隊 正 探 索 將 材 料 大 量 生 產 的 可 能 性 。

傳 媒 查 詢 :

黃 錦 佳
電 話 ﹕ 2358 6306
電 郵 ﹕ maviswong@ust.hk

 
研 究 團 隊 成 員 : ( 左 起 ) 研 究 生 何 明 全 和 黃 志 豪 、 洛 鶴 夫 教 授 、 胡 喜 軍 教 授 、 林 樑 旭 教 授 及 沈 平 教 授 。
研 究 團 隊 成 員 : ( 左 起 ) 研 究 生 何 明 全 和 黃 志 豪 、 洛 鶴 夫 教 授 、 胡 喜 軍 教 授 、 林 樑 旭 教 授 及 沈 平 教 授 。
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