「 2007 當代傑出華人科學家公開講座 」 專家講解深入淺出 市民反應熱烈

2007 當代傑出華人科學家公開講座 專家講解深入淺出 市民反應熱烈

 

在「2007當代傑出華人科學家」公開講座,康樂及文化事務署助理處長吳志華(左6)、中國科學技術協會副部長李秀亭(左5)、中央人民政府駐香港特別行政區聯絡辦公室教育科技部副部長董翠娣(右4)、香港科學館創館館長及現任顧問戴明興(右2)、中華科學與社會協進會董事蔡關穎琴(右1)及京港學術交流中心總裁李乃堯(左1)連同5位主講科學家一同主持開幕儀式。

    現代科技發展瞬息萬變,而華人科學家在其中的角色和貢獻日益重要。「當代傑出華人科學家公開講座」系列自2003年起至今連續第5年舉辦,以加強大家對我國科技研究和發展及有突出表現華人科學家的認識。

    「2007當代傑出華人科學家公開講座」由京港學術交流中心、中國科學技術協會、康樂及文化事務署與香港中華科學與社會協進會聯合主辦,於10月25-27日一連3天,假香港科學館舉行。今年大會分別邀請了3位內地及2位本港知名科學家學者主講,他們分別是中國科學院院士、香港大學化學系許惠嫻講座教授支志明教授,中國科學院院士、中國科學院生物物理研究所認知科學重點實驗室主任陳霖教授,北京大學生命科學學院首席科學家呂植教授,中國科學院等離子體物理研究所所長李建剛博士,中國科學院院士、香港城市大學物理及材料科學系講座教授李述湯教授。

    而出席是次講座的主禮嘉賓除上述5 位講者外,包括香港特別行政區政府康樂及文化事務署助理署長吳志華、中央政府駐香港特別行政區聯絡辦公室教育科技部副部長董翠娣、中國科學技術協會國際聯絡部副部長李秀亭、前香港科學館創館總館長戴明興、香港中華科學與社會協進會董事蔡關穎琴及京港學術交流中心總裁李乃堯。

    吳志華助理署長在致辭時表示,華人科學家在推動科技發展跟研究得到很大的成果,貢獻很大,亦擔當了非常重要的角色。在回歸十周年的同時,也是「當代傑出華人科學家公開講座」系列的5周年,實在非常有意義。今次的5位講者均是知名學者,對整個人類社會有很大的影響,希望他們帶給廣大群眾最新的科研資料和成果以外,同時也可分享他們在學術方面的精神。

    中國科學技術協會李秀亭副部長在講辭中,說明了中國科協是內地最大的民間科技團體,多年來致力於推動內地與香港的科技交流和合作,在各方面的努力和配合下,已經做了大量的工作,如接待香港大學生於暑假期間到內地實習。「當代傑出華人科學家公開講座」是香港與內地的一個重要交流活動,自2003年首次舉辦至今已是第五屆,從這些傑出科學家的精彩報告,我們可以瞭解到他們所從事的專業領域及研究成果,獲益良多。

    是次講座系列得到廣大市民的熱烈支持,每場均告爆滿,科學館方面要臨時加開部份活動室,並作即時直播,好讓未能入座演講廳的市民亦能欣賞到各個講者精彩的演講。5 場演講的總參加人數達2000人,主辦單位對香港市民的踴躍參與表示高興,並希望廣大市民,特別是學生對於科學的熱愛得以發展下去。

綠色化學

支志明教授1957年生於香港,1982年已於香港大學取得化學博士學位,1983年任香港大學化學系講師,1992年晉升為講座教授,是港大歷來最年輕的講座教授;1999年至今為香港大學化學系許惠嫻講座教授。

  1995年,支教授以38歲之齡獲選為中國科學院院士,為當時中國科學院最年輕的院士,亦為港澳地區第一個獲此殊榮的科學家。支教授30多歲就多次獲邀在不同的國際大會上發表報告,其中包括國際配位化學大會;又先後獲亞洲化學聯合會基金講座學者、美國加州柏克萊(Berkeley)分校西博格(Seaborg)講座學者、新加坡瑞輝製藥瑞輝講座學者,世界創新基金會院士、亞洲化學聯合院院士及第三世界科學院化學獎等榮譽。2007年,支教授以「金屬配合物中多重鍵的反應性研究」項目,獲得中國國家自然科學獎一等獎,為首次有香港學者獲此殊榮。

   支教授的主要研究領域是在金屬 - 配體多重鏈配合物、金屬催化有機反應、光化學、發光材料及生物無機化學等方面。他已發表「科學引文索引」(SCI)論文超過570篇,獲引用超過6000次;根據美國科學資訊研究所(ISI)的統計,在1996至2006年間,支教授的論文引用次數之多,是世界上前0.02%的科學家;他亦是1965至2004年英國《化學通訊》雜誌40位最多獲引用的作者之一。

  什麼是化學?在古代而言,就是煉丹、煉金術。對現代人來說,化學是一門透過化學反應來創造新物質的科學,最簡單的例子,就是用植物油加上氫化劑,產生化學反應後成為人造牛油。又譬如上世紀(1900-1999)人類最偉大的科學發明之一聚合物合成(即塑膠、纖維 Polymer)及抗生素等,都是以原料(混合)+ 溶劑(有機),在一定的條件下(如常溫、高壓),產生化學反應而得到其產品或副產品的重大發明。我們在衣、食、住、行、健康及娛樂等生活的各個方面已經離不開化學,我們享受了化學帶給我們生活和文明方便的同時,也因而產生了很多化學廢料,常見的有毒化學物如氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)及一氧化氮( CO)等會造成酸雨侵蝕建築物,又帶來土地貧瘠、海洋污染和空氣污染等問題。

  綠色化學是由上世紀末開始倡議,其指導思想是減少或避免使用及產生有毒的化學物質,如減少化學廢料、減少能量消耗等。採用綠色化學不但可以降低污染,提升經濟,按EPA 估計更可以節省120億美金,而綠色化學清潔劑亦可帶來 3350億美金的經濟效益,另外開發清潔能源約值15億美金。美國環保局推行綠色化學12條原則,如包括安全的設計、提高原料使用率及提高效能等,但這些主要是修補性的工作,未能從根源上解決或防止問題。

  然而,最重要的其實是新思維和新的見解。譬如美國科學院院士Professor Trost提出在化學反應的過程後,原子的總數量應該維持不變(Atom economy),沒有了過程中產生的廢物是最環保的。我們在發明一門新的化學時也要考慮原材料與產品的原子量是否相差很大,如果是就未必值得發展下去,不然會做成很大的污染;又例如野儀良治(Ryoji Noyori)發現可以將氫原子放在任何的化學反應中。而Dow Chemical公司則使用廢棄的二氧化碳來製造發泡膠,代替會損壞臭氧層的傳統氯氣(CFC),並因而獲得綠色化學反應獎。Sir John Pople發明以電腦模擬化學反應,以節省大量實際的化學虛耗,保護環境,於1998年獲諾貝爾獎。支教授他們亦發明了用糖加臭氧來淨化水,可殺菌及消毒,是一個環保而無毒的方法。此外,化學界亦積極研究如何回饋社會,如研究出有高自然分解力的無磷酸鹽清潔劑及無清潔劑的清潔方法等。總的而言,就是人類在享受到化學帶給生活舒適和方便的同時,不能以犧牲環境來達到目的。科學家正以不同的新角度和新方法,希望取得化學發展和保護環境之間的平衡,「綠色化學」亦隨之而日益受重視。

視覺過程是從哪裡開始的?

陳霖教授於1970年畢業於中國科技大學,1985年起任中國科技大學教授,曾任慕尼黑等大學訪問教授、美國國立精神衛生研究所客席研究員;現任中國科學院生物物理研究所和研究生院教授、腦與認知科學國家重點實驗室主任、國家大型科學研究中心-北京磁共振腦成象中心主任及國家「973項目」首席科學家。

   陳教授為中國科學院院士、認知科學和實驗心理學家。他於1982年在《科學》(《 Science 》)上發表論文,就「知覺過程從哪裡開始」的根本問題,提出「大範圍首先」的拓撲性質初期知覺理論。2004年,陳教授獲求是科技基金會頒發「傑出科學家獎」。

   「視覺是從哪裡開始的」是最簡單也是最困難的問題。

  視覺科學的200多年歷史中,對於「視覺過程是從哪裡開始的」問題一直爭論不休,到底是從大範圍開始,還是從個體開始?

  「原子論」解釋了視覺的開始是從局部性質到大範圍性質,即知覺開始於把物體分解成分離的特徵性質和組成部分。例如一個紅色的三角形,會分離抽提成線、角、位置、紅色等特徵,再識別成整個物體。

  「整體論」則認為視覺是從大範圍性質開始到局部性質,即視覺開始於物體的整體組織(先於特徵的分析過程),然後才分析整個物體的特徵性質和組成部分。

   在近代認知研究中,以「原子論」佔優,在知覺研究中最有影響力的理論,都是以「原子論」為研究路線的。他們解釋了視覺過程從圖形最簡單的點、線之類部分開始,整個物體是由不同的部分組成的,這似乎自然而又合理。

   然而,諾貝爾獎得獎者Kandel提出了「原子論」中的一個重要問題:如果人的視覺是先接收到物體的不同特徵,那麼我們是如何把分別知覺到的各種特徵性質捆綁在一起,形成整個物體的知覺呢?這就是「特徵捆綁問題」。在大腦的結構中有很多不同的分區,稱為腦認知功能區。簡單而言,腹側通路負責形狀知覺,背側通路則負責運動和空間知覺,所以視覺是由腹側及背側部分共同運作而成。但是,大腦在接收到物體沒有任何關聯的性質後(如物體的方向、顏色和亮度等),能知覺到具有這些性質的是一個整體,因此大腦中必定存在某種認知過程,能把分離的特徵結合起來,形成整體。雖經20多年的努力,從空間、時間因素和特徵性質都找不出線索,瞭解到大腦是如何把分離的特徵結合起來形成整體的知覺問題。Kandel唯有寄望在下一個10年會有新概念和新技術來解決。

   陳霖教授早在1982年就提出「大範圍首先」(Global-first)的拓樸性知覺理論。日後他更以腦功能成像技術為核心和橋樑,實現從心理行為到分子遺傳的大跨度多種實驗方法的結合。

   腦認知成像技術是指直接觀察大腦中反映認知過程中的各種電磁或生理生化指標的成像技術,其中以腦認知成像技術為腦認知成像的代表。90年代初出現的功能磁共振成像能得到反映大腦認知活動的功能圖像,並帶來了一個嶄新的領域-腦認知成像領域的誕生。人類第一次可直接地、無創傷地「看到」大腦的智力活動,這對於人類關於自身精神世界的認識,對於「大腦和認知關係」,乃至「精神和物質關係的認識」,都有很重大的科學意義,對人類社會發展影響深遠,其實驗証據已是任何完整的認知科學理論中不可缺少的根據,故獲科學界稱為「大科學」。

  「真實運動」(Real Movement)和「似運動」(Apparent Motion)是兩種視覺運動現 像。前者指當物體在視野中位置連續變化時被知覺到的運動;後者指當上述位置變化間斷或不連續時被知覺到的運動。「似運動」的產生表明,視覺系統把先後呈現的兩個物體看成同一個物體,因此產生了運動的錯覺。視覺系統根據物體的什麼性質,把兩個不同的物體看成了同樣的物體,因而產生運動感覺?MIT 的Ullman關於「似運動」的著名理論,從他初期的特徵分析基本思路出發,認為圖形的簡易部分及其局部幾何性質,如線段、邊、條形之類,是產生似動匹配過程的對應基本單元。「似運動」的一個重要現像是,當我們知覺到似運動時,也知覺到一個圖形向另一個刺激圖形的變換,不僅有保持形狀不變的平移和轉動變換(稱之為「剛性物體運動」),而且有形狀發生改變的時候,比如一個三角形變換成一個圓,以至任意無規則的圖形。此時,原來的線段仍然存在,因此還有可能是對應的基本單元。但是如果物體的形狀發生了改變,比如一個三角形變成了一個圓,線段已經不能保持其存在,就不可能再是對應的基本單元。那麼,在形狀改變的情況下,圖形的什麼性質仍然保持不變,被視覺系統看成基本單元呢?越是穩定不變的性,可能越是基本的性質。

  「拓樸學」適合描述形狀改變下保持不變的大範圍整體性不變性質。它被形像地稱為「橡皮薄膜的幾何學」,可以想像成橡皮薄膜的任意形變(只要不把橡皮薄膜剪開或者把兩點黏在一起)。在這種橡皮薄膜的形變下,仍然保留著最基本的不變性質,比如連通性、洞的個數和內外關係是拓樸不變性質。然而在拓樸變換下,圖形的各種局部性質,包括距離、朝向和大小等都可以改變,所以都不是拓樸性質。例如正方形、圓形和 S形看起來很不一樣,但他們的拓樸性質是相同的,因為通過平滑的形變,可以把他們之中的任何一個變成另一個。不過平滑的變形不能把空心的圖形,例如一個環,變成實心的圖形,因此圓和環是拓樸性質不同的圖形。

   視覺過程是從大範圍開始的,這種大範圍性質可以用拓樸性質來描述;圖形知覺有一個功能層次,刻劃分類似於克菜因綱領對幾何學的按不變性的分類,由空間相鄰關係決定的拓樸性質較之其他局部幾何性質的知覺,發生在視覺過程初期,拓樸性質為最基本層次的各個層次的幾何(射影、仿射、歐氏幾何),不變性質是圖形知覺的基本單元。

   大量實驗揭示了視覺過程是從大範圍拓樸性質開始的。如果拓樸性質知覺的確是視覺系統最基本的功能,那麼從生物進化的角度而言,「大範圍首先」應是跨物種的,不僅人類,低等生物也應當能夠知覺拓樸性質。低等生物如蜜蜂等拓樸性質的分辨實驗將為「大範圍首先」提供進化角度的證據。蜜蜂的大腦只有人類的萬分之一,但在不需學習的情況下,他們能分辨出簡單的拓樸圖形,這似乎是先天的。

     產生「似運動」時的腦功能成像,是「大範圍首先」的視覺信息基本表達的生物學證據。

  總結而言,陳教授的「大範圍首先」拓樸性知覺理論,配合上最先進的腦功能磁共振成像,這似乎就是Kandel 所寄望的「新概念」和「新技術」。當然,這中間還有很多的問題,例如腦前顳區的功能等更待解決,卻是知覺研究中極重要的方向。

荒野中的大熊貓 洪荒世界的倖存者

呂植教授於1985至1995年間在北京大學完成了碩士和博士的學習,並在美國國家健康中心完成了博士後工作。她現任北京大學保護生物學教授、生命科學學院的首席科學家,亦是保護國際 (Conservation International) 的中國項目代表。

   呂教授於1998年榮獲「中國十大傑出青年」稱號,並先後 獲得國家環保總局授予的「全國環境保護傑出貢獻獎」、全國政協「傑出青年科學獎」、國家科委科技圖書一等獎,以及最近的「中國傑出青年女科學家獎」等。1999年,在中華人民共和國建國五十周年之際她獲《紐約時報》譽為未來中國值得關注的6位「青年之星」之一。

   1995至2000年期間,她成為世界自然基金會(WWF)物種與保護區中國項目主任,在我國率先開展了把社區發展與自然保護相結合的大型項目。1996年她先後在藏北無人區羌塘自然保護區和藏東南包括墨脫進行了徒步考察,並成立了WWF的西藏項目。2000年,她在哈佛大學進行了一年的訪問; 2001年則在耶魯大學森林與環境學院任客座教授,並建立了該學院的中國研究小組。2002年,呂植創建了保護國際中國項目辦公室,在中國西南山地生物多樣性熱點地區和青藏高原開展保護的示範項目。呂教授著作頗豐,論文、文章和攝影作品曾出現在《自然》、《科學》、《保護生物學》和《美國國家地理》等各類學術刊物與科普雜誌上。

    熊貓是如何在野外生活的呢?這仍是人類不熟悉的方面。他們以竹為糧食,是好是壞呢?熊貓的繁殖力是否有問題呢?是否會產生近親繁殖呢?到底熊貓的未來是生存還是滅絕?在生物學上他們是否已走入了死胡同呢?人類又該如何幫助他們呢?

呂植教授自1985年起跟隨潘文石教授追蹤野生大熊貓的生活。熊貓本是食肉動物,但後來不知何故轉變至只靠竹子為生,那麼,單靠竹子為糧食是否足夠其生存和繁殖呢?透過觀察大熊貓和化驗他們的糞便,發現熊貓懂得精確選擇竹子,擷取竹子最嫩最有營養的部分,並通過「快吃快拉」這個習慣,經計算營養和份量後發現是足夠其生存之需的。熊貓以竹子為主要糧食好處很多,例如食竹動物不多,不需要與之競爭;竹四季長青,取之不竭,並圍繞於其生活環境等。但「竹子開花」後竹子會一片一片地死亡,是否又威脅到熊貓的生存呢?經調查後,呂教授他們發現通常在一大片竹林中有會有很多不同品種的竹子,而同時開花的多是同一品種的,所以只要確保在熊貓生活的竹林內,有超過一種的竹子便可。

   根據1997年人工飼養熊貓的繁殖紀錄,發現185隻在動物園出生的熊貓當中,只有11隻有繁殖力,能生出下一代,他們好像既不會生孩子,又不會帶孩子,偶然會聽聞熊貓母親會把初生的子女壓死。那麼,熊貓是否繁殖力低,很快便會滅絕呢?原來在野外很難見到大熊貓,呂教授他們要透過使用無線頸圈來掌握熊貓從友伴相處、發情到小熊貓的出生過程及飼養等生活情況。根本不會繁殖和帶小孩的只是動物園裡的熊貓,呂教授發現他們長期觀察的對象「嬌嬌」,曾經長達26日少吃少睡,寸步不離她的小熊貓。她甚至會把孩子的糞便吃掉,除了可使孩子的生活環境乾淨外,更免除了因糞便的味道吸引來其他動物的危機。一隻小熊貓最艱難的時刻,就是他們在1 歲半以後便要自行生活,建立他們的地盤領域生存下去。其實,在動物園裡的小熊貓在半歲前就跟熊貓媽媽分開,好使熊貓媽媽早多生小孩,使小熊貓失去了從母親身上學習生存技巧的機會。另外,熊貓的肛門附近有一些分泌,當他們在野外活動時就在草叢中留下了氣味,自己的同伴因而知道自己群體成員的活動;但在動物園裡的熊貓卻失去了這種學習社交生活的機會。幸好,現在的動物園在掌握多了熊貓的情況後,已慢慢改變做法,現在他們會讓大熊貓互相熟悉,繁殖率也因而大大增加。而野外的大熊貓呢?他們本身的繁殖率也是沒有問題的;在跟蹤過的13隻野生小熊貓中,只有1隻在1歲前夭折,存活率也相當高。另根據美國國家健康中心與呂教授他們的研究,熊貓的基因是多樣性的,並沒有近親繁殖的危險。既然根本危機不存在,保護熊貓還是有希望的。

   在19世紀以前,熊貓生活於中國東南部、珠江流域一帶,以至緬甸及越南等地,但後來逐漸退至四川等地。原來中國的人口在清朝以前只有約5千至8千萬人,但至清代後期已急升至 4億人。可以想像,因人口增加而引致的大量砍伐樹木及其他人類活動,使熊貓的棲息地越來越小,也越來越破碎,使熊貓不單面臨被獵殺的風險,更會有竹林種類單一化及近親繁殖的物種生存危機。然而,整個中國其實都在面臨水、土地及空氣的環境和資源危機,是因為人口增加而引起的資源矛盾、追求單一經濟發展指標、生活和消費方式造成的資源消耗等原因引致,我們應該要提高人類對保護環境的認識。熊貓其實是環境保護的一個代表,因為在其生活地區還有其他稀有動物如金絲猴及羚牛等,熊貓的消失也代表了這些動物和附近植物的消失;更何況這地區是一個生態系統的代表,是長江的上游,是人類環境資源的保藏。從經濟和實用角度而言,中國生態系統服務功能的直接價值估計達到每年2000億美元,間接價值更達每年40000億美元。所以無論從那一方面來說,中國的環境、生態系統,以至四川等地及熊貓等都是應該好好保護的。

   近年來,中國在保護環境和生態方面都取得長足的進步,譬如我們的法律框架不斷提高,對污染排放及其他影響到環境的活動加強管制;或建立保護區,重視野生動植物的保護等。其中最重要的是重新思考以GDP為中心的發展模式,將破壞環境的代價計算在損失的GDP中。十七大提倡生態文明,重視創造好環境是文明的一部分,這是最高的一個層次。熊貓以其 300多萬年的進化磨練來証明他們的內在生存力;同時人類的社會和文化認知使我們把保護熊貓成為生活的一部分,所以,只要配合上政府的鼓勵政策,熊貓的未來是有希望的。

受控核聚變 人類未來能源的希望

李建剛博士,1961年生於安徽,1990年畢業於中國科學院等離子體物理研究所,獲理學博士學位,並留所工作。1990-1992年,在英國牛津Culham 實驗室工作。李博士主要從事高溫等離子體與受控熱核聚變領域的研究,他目前擔任中國科學院等離子體物理研究所所長,負責國家「九五」重大科學工程「EAST(HT-7U)非圓截面全超導托卡馬克核聚變裝置」物理實驗;亦為現任「ITER計劃中國專家委員會」副組長及ITER國際顧問委員會委員;並負責中國科學院「八五」重點項目「HT-6M 托卡馬克物理實驗室」課題、國家「863」混合堆專題「高功率離子迴旋加熱」子課題等重大科研項目。

   1996年,李博士入選中國科學院「百人計劃」,並多次獲得科技進步獎和自然科學獎,在國內外高級別的刊物上發表學術論文和國際大會報告達60餘篇。

   太陽是一個巨大的火球,發出無限的光和熱,如果我們能將這些光和熱帶到地球,肯定能解決未來的能源大問題。如何在地球上造太陽,建成綠色的能源設備來解決能源問題呢?

   按目前估計,地球上的化石能源大概300-500 年就會耗盡,使用期間亦產生大量污染,破壞環境。人類如何解決能源和環境問題?而中國作為現時的第二大二氧化碳產生國,又該如何去面對國家能源、環境和經濟發展的問題呢?

   地球上的物質有三態:固體如冰、桌子,液體如水,以及氣體。將氣體加熱,使其分解成原子和份子,如繼續加熱,原來圍繞著原子的電子脫離原子分裂出來,當原子和靜電的數量等同於帶電電子時就是等離子體,也就是地球上物質的第四態。宇宙間充滿等離子體,其中太陽是最大的等離子體物質;而構成核聚變的基本學科就是等離子體。

   核能在聚變與裂變時會釋放巨大的能量,目前透過控制中子量來發電,但會產生長達10 萬年的放射性污染物。氘和氚聚變是地球上最容易實現的聚變反應,是人類能源的希望,並可用上百億年。氘大量存在於海水中,無放射性和污染,經提煉後1杯海水的氘可等於300公升的汽油;而氚可從鋰再生和增值。問題是,如何將它加熱上億度,使之發生核聚變而產生化學反應成為氦?如何連續地燃燒但附近的物資不被溶掉?如何將它變成可控,要數量足夠發生碰撞,但又要在它們跑掉前發生核聚變?

   托卡馬克原理(Principle of Tokamak)就是在容器裡盛滿高溫氣體,並加以放電,利 用變壓器原理產生等離子體,並由強磁場約束及控制等離子體的裝置。等離子體在高溫中越見穩定,故用環型磁場控制,將其集中在容器中心,以保持溫度;一般的反應堆大約為20米乘30 米,目前最大的托卡馬克是由歐洲人製造的。為使托卡馬克連續運行以產生等離子體,需要低至-269 度的超導線圈,抗高溫、高輻射的材料,線圈直徑在0.1毫米以下。未來的聚變堆最基本的 3個要素,分別是全超導線圈,電流不能變化得快,使溫度不大幅提升,同時承受上萬安倍的電流;非圓截面先進位形,反應堆內密封的圓形控制室使有害物不能排出;主動冷卻第一壁部件。

   在「EAST托卡馬克項目」中,需要很多重要的外圖因素,如實驗室群、真空抽氣系統、專用電源等;同時裝置本身也包括很多重要部件,如低至-167度的內外冷屏、加熱及驅動系統等。但礙於資源及其他問題,須自行研製大型超導磁體,並自行研發關鍵技術,終於在2007年1 月成功獲得聚變核等離子體,為首個成功開發第四代超導體托卡馬克的國家。

   中國在2002年中申請加入「國際熱核試驗堆」計劃(International Thermonuclear Experimental Reactor ITER )開始與其他國家合作製造第一代人造太陽,即是產生50萬千瓦聚變功率、重複可用而脈衝大於500秒氫燃燒的托卡馬克型實驗聚變堆;並探索實現具有持續性而穩定、高約束力的高性能燃燒等離子體。

納米科技與人類生活

李述湯教授是中國科學院院士及第三世界科學院院士,現任香港城市大學物理及材料科學系講座教授、超金剛石及先進薄膜研究中心主任,兼任中國科學院理化技術所「納米有機光電子實驗室」主任;曾任國家「十五863計劃新材料技術領域-高清晰度平板顯示技術」專項總體專家組成員。

    李院士在多本國際科研雜誌擔任編輯工作,其中包括在《 Applied Physics Letters 》國際雜誌擔任副總編輯。此外,他更應聘為復旦大學顧問 教授、山東大學及中南理工大學名譽教授、中國科學院理化技術所兼職教授、中國科學院物理所及長春光學精密機械與物理研究所客座研究員,以及北京大學、上海交通大學、吉林大學、浙江大學及大連理工大學等客座教授。

   李述湯教授長期致力於納米材料、金剛石及相關材料、有機電致發光材料和器件三方面的研究,並在國際期刊上發表研究結果論文580多篇,其中包括《Science》論文3篇及《Nature 》論文2篇,另有著作6部,獲准美國專利16項。多年來先後獲頒多個獎項,包括洪堡基金會研究成就獎(Humboldt Research Award)、香港裘槎基金會高級研究成就獎(Croucher Senior Research Fellowship)和兩項中國國家自然科學獎二等獎(State Natural Science Award, 2003 & 2005 )。

   1個納米等於10-9米,1個原子則等如1/10納米。而以原子或分子組成一件物件的過程叫做納米技術,如在1946年,一部電腦重約30噸,每秒運算5000轉;至2007年,一部電腦輕至約 1磅,每秒運算1.5千兆赫(GHz),這全賴納米技術,才可把越做體積越小,性能卻越來越高。納米效應有量子效應(Quantum Effects)及微細粒子效應(Small Size Effects)兩種,前者指當分子尺寸小於10nm時,原子的性能會有所改變,例如等離子體在不同的量子效應下會發出不同的顏色;黃金經納米處理後會變成紅色。後者則指一組原子被分裂為多個原子小組時,表面的原子數量增加後改變的性質,例如金的溶點高達1064度,但隨著每組原子尺寸縮小,溶點則大為降低。

   早於1959年,諾貝爾物理獎得主Richard Feynman已預言日常用品的製成技術可降至原子級尺寸,並可自由移動原子。隨著納米技術的發展,出現了納米材料,即將原料縮小至納米尺寸,如C60及納米碳管等新型納米材料;此外亦有新的納米儀器,如透射電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope)及掃瞄隧道顯微鏡( Scanning Tunneling Microscope ),前者可以讓我們看到單原子;後者則為一部高解像度顯微鏡,透過掃瞄可以探測出物件表面的電子,甚至電子暈的分佈。就是透過新納米儀器的出現,我們才可以看到原子,納米技術才得以發展。

   納米技術在我們日常生活中已被廣泛採用,譬如衣服經過納米技術處理,納米分子可包住衣服的表面,但可透氣,所以既防水防菌又防皺。食物經過納米處理,種植時養份容易滲透,處理時又可保持食物的味道。在窗子表面塗上納米,可使窗子不沾水,又防油。納米技術甚至可應用於太陽能方面,納米微粒能有效吸收太陽光,並分解原子分子內的電子。

   就未來發展而言,納米技術可以更廣泛地應用在各方面,特別是醫療科學上,例如納米膠布,附在膠布上的藥劑或荷爾蒙可以深入毛孔,代替傳統打針方法,而且吸收更好。又例如在核磁共振方面,納米技術使腫瘤更容易被偵測到,而且以腫瘤易於吸收的特性來針對治療。

   其實納米技術亦存在自然界中,蓮花因有納米級絨毛,水珠不沾,造成「出污泥而不染」;壁虎腳上因有納米絨毛,提供附著點,使它們在天花壁上行走自如。整體而言,納米技術進步一日千里,是一門發展力大的專業,發展機會和回報大,有興趣的年輕人,值得入門一試。