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突破全球的創新液晶調控術!?中山大學跨國研究獲刊國際頂尖期刊

PanSci_96
・2019/11/30 ・1395字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 562 ・九年級
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  • 圖/中山大學提供

液晶 (Liquid crystal) 在現代人們的生活中無所不見,從大型顯示器到個人隨身設備,包括汽車、辦公室、電腦到智慧型手機,其獨特的物理性質與光學特性,成為絕佳調控光電的材料。

國立中山大學光電工程學系特聘教授林宗賢、助理教授王俊達師生團隊,以及美國空軍研究實驗室首席科學家 Timothy J. Bunning、賓州州立大學電機工程學系教授 Iam Choon Khoo 合作,歷時兩年多,創全球先例,開發 Repetitively-Applied Field  (RAF) 技術。

RAF 技術能夠使藍相液晶從自然產生的立方晶格,重新轉換為新穎且穩定的非立方光子晶體

此成果獲刊國際頂尖期刊《Nature Materials》,且為光子晶體複雜的能隙控制開啟全新視野。

新興液晶的時代要來臨!?

林宗賢特聘教授指出,現今人們正開發具有更佳性能的液晶材料,而具有光子晶體 (Photonic crystals) 特性的新興液晶更有巨大的應用潛力。

「光子晶體不僅能讓光轉彎,還能讓動物展現美麗色彩!」林宗賢特聘教授解釋,像是蝴蝶翅膀、孔雀羽毛及甲蟲顏色等,都是來自排列整齊的週期性奈米結構。

人造的光子晶體除了仿生的色彩多樣性外,也讓科學家開創出光積體電路、光子晶片、雷射等等應用領域,顯示出光子晶體的重要前景,「那是未來世界不可或缺的尖端科技」。

孔雀羽毛的美麗色彩,都是來自排列整齊的週期性奈米結構。Alexas_Fotos@Pixabay

王俊達教授指出,在顯示器應用上,液晶是一項控制光通過的技術,並不自發光。然而,當液晶形成光子晶體結構時,它的光子能隙能夠反射特定顏色的光,而如何準確地調控光子晶體的反射顏色則變得相當重要。

「過去我們只能選擇控制光子晶體中的特定顏色,例如紅色或黃色,而且不是穩態。」透過這項最新技術,未來光子晶體中的紅橙黃綠藍等顏色都能調控,而且在沒有電場作用下也是非常穩定的,「想讓它停在哪就停在哪」。

RAF 如何突破目前技術?

研究團隊進一步說明,過去若要調控光子晶體的色彩,僅限能控制在奈米量級下,在實際應用上也遭遇相當大的阻礙,除了至少需要再提升到微米等級,對其施加電場也會產生許多不良影響,例如殘餘的折射率和無法被穩定的能隙控制等。

圖/中山大學提供

中山大學團隊成功開發的 RAF 技術,讓立方晶格逐步轉換為非立方,達到現有技術無法達到的結果,讓能隙控制變化量是過往研究的兩倍,同時可以使厚度提升將近 1000 倍的立方晶格藍相液晶,均勻轉換成非立方晶體,並可透過摻雜聚合物來穩定不同結構,實現較寬的工作溫度和亞毫秒級的快速響應。

團隊也針對不同狀態下的光子晶體做最佳化,顯示出重複施加場是調制非立方三維光子晶體藍相液晶通用的技術,讓量身訂製整個可見光範圍內的光子晶體更為容易實現,進而擴大藍相液晶應用於顯示、光積體電路、非線性光學、超快雷射及生物醫學等領域。

中山大學光電工程學系液晶實驗室研究團隊(右三為林宗賢,左三為王俊達)。
  • 本文改寫自中山大學新聞稿,原標題為〈開創最新液晶調控技術 中山大學跨國研究登頂尖期刊〉。
    論文:《Reconfiguration of three-dimensional liquid-crystalline photonic crystals by electrostriction
  • 此論文成果於 2019 年 10 月發表於《自然 – 材料科學》(Nature Materials)。
  • 本次研究團隊成員還包括中山光電系博士後研究員趙宏昌、美國賓州州立大學電機工程學系博士生陳君維、中山光電系博士生郭端毅、李承璋、馮渟懋及碩士生林耕賢。
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不只台灣,德國和祕魯恐將於2017年與Elsevier學術期刊分手
valerie hung
・2016/12/29 ・1605字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 532 ・七年級
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  • 首圖來源:thomas claveirole@flickr, by CC2.0

總部位於荷蘭阿姆斯特丹的愛思唯爾(Elsevier),是世界上最大的學術期刊文獻出版社之一,旗下出版品超過 2500 本,包括知名學術期刊《刺胳針》(The Lancet)、《四面體》(tetrahedron)、《細胞》(Cell)等,佔全球學術期刊數量的四分之一。不過許多台灣、德國和秘魯的科學家,將迎來無法瀏覽 Elsevier 電子期刊資料庫的一年?

學術期刊出版巨人 Elsevier。
學術期刊出版巨人 Elsevier,旗下有超過 2500 本期刊。

面對國際學術期刊強硬的包套訂閱方案及逐年增長的費用,全球學術圈都叫苦連天。即使有大學嘗試以退訂、拒絕投稿和鼓勵研究成果採開放形式(open access)發表做抵抗,最後往往還是為了自家研究人員,選擇與出版社妥協。

但荷蘭學術圈決定採取更積極的行動。面對漲漲不休的年費,2015 年荷蘭政府出面協助談判,希望 2016 年開放四成荷蘭研究者的論文,可惜 Elsevier 不賞臉,隨後 14 所荷蘭公立研究大學組成的學術聯盟展開聯合杯葛,向 Elsevier 施壓。經過一番角力,最終以荷蘭學術聯盟再多付一點費用,而 Elsevier 同意到 2018 年開放三成荷蘭論文的階段性目標達成協議

學術界團結起來,抵制期刊付費高牆?

隨著荷蘭學術圈的反撲,2016 年年底,德國與台灣的學術圈也決定「硬起來」。

由德國國立大學、技職學校、研究機構與公立圖書館組成的 DEAL 聯盟,今年 12 月和 Elsevier 出版社討論 2017 年合約時遇到困難,他們希望所有德國科學家的論文都能開放,但 Elsevier 卻端出定價更高,且不含開放使用條款的方案,導致談判破裂。聯盟發言人希普勒(Horst Hippler)表示:「我們實在無法接受 Elsevier 目前的提案。」預計 2017 年 1 月重啟談判。

數百家德國大學不會立即「斷炊」,因為他們在 DEAL 成立前,多半有和  Elsevier 簽過自己的合約,但仍有 60 多間機構將受到衝擊,就看要不要和出版社單獨議價。

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圖/Mr impossible@wikipedia, by CC3.0

同時間在台灣,台灣大學圖書館 12 月 6 日發表聲明,因無法負擔固定漲幅 4%且不得刪訂期刊的方案,2017 年起停訂 Elsevier ScienceDirect 期刊。聲明中表示:

「該公司在期刊出版的壟斷現狀,以及不合理的訂價政策導致過於昂貴的訂費,早為全球各大學所詬病。」

台灣學術電子資訊資源共享聯盟(CONCERT)也在 12 月 7 日宣布,Elsevier 的 ScienceDirect 電子期刊全國購置費用逐年不斷攀升,2016年較 2008 年增加了 53%。經多次談判減價或削減期刊訂閱數無果,暫緩和 Elsevier 更新合約。許多大學校院圖書館與研究機構都表示支持 CONCERT 抵制 Elsevier 的行列(註:CONCERT 目前有 215 名會員,包含台灣眾多國、私立大學、科技大學、學院、專科與中研院等研究機構)

其實所處研究單位不續訂,研究人員還是有幾種合法管道可以瀏覽新出爐的論文。例如使用國際期刊文獻傳遞服務(Rapid ILL)、透過圖書館的館際合作調閱文獻、向原作者尋求論文原本、向作者所屬單位的機構典藏平台詢問,以及查詢網路資源如 Google Scholar。

除了德國和台灣的學術圈反彈,祕魯政府則是因為不明原因,砍掉秘魯科技委員會(CONCYTEC) 2017 年的 Elsevier Science Direct 及 Scopus 電子期刊訂閱補助金。

一位 30 歲的祕魯植物學家低調表示,未來會改透過非法網站如 Sci-Hub 下載論文,所以不太擔心,他身邊有 95% 的人都是這麼做的。但也有祕魯科學家不願意使用 Sci-Hub,認為這不是長遠之道,「希望政府了解資料庫的重要性」。(註:Sci-Hub 由哈薩克研究生艾爾巴金(Alexandra Elbakyan)在 2011 年創立,她攻讀碩士時因學校沒有期刊資源,改透過各種管道尋求研究文獻,這個經驗讓她開發 Sci-Hub 網站,收集付費期刊並供人免費下載,幫助各國貧窮的學生與科學家。想了解更多請參考報導者。)

 

參考資料:

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valerie hung
39 篇文章 ・ 2 位粉絲
興趣多多,書籍雜食者,喜歡問為什麼,偶爾也愛動手嘗試。

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蛇咬跟伊波拉差不多可怕
葉綠舒
・2015/10/21 ・291字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 470 ・五年級
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照片來源:ADAA

西非的伊波拉疫情吸引了許多人的注意力,但是科學家耙梳了四十年的文獻發現,在當地更嚴重的問題是毒蛇咬傷。
每年平均有四千人因蛇咬而死,另外還有五千人因蛇咬而截肢。每年蛇咬的病患佔當地住院病人的10%,造成32萬年的生命損失。
科學家指出,抗毒血清(antivenom)可以有效的治療毒蛇咬傷,但是在當地卻非常稀少。未來除了伊波拉以外,教導民眾如何小心毒蛇以及提供充足的抗血清給各地醫院,是重要的課題。

本文轉載自慈大生科 Sci Cafe

參考文獻:Abdulrazaq G. Habib. et. al., 2015. Snakebite is Under Appreciated: Appraisal of Burden from West Africa. PLOS Neglected Tropical Diseases. DOI: 10.1371/journal.pntd.0004088

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臺大瑞士跨國團隊發表新型催化劑「單原子三價鐵」,可高效率回收二氧化碳,力阻全球暖化
PanSci_96
・2019/07/16 ・1143字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 547 ・八年級
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圖/pixabay

二氧化碳還原反應被公認為目前解決溫室效應問題最有機會的途徑。近年來,利用太陽能、風能等潔淨能源所產生的電能,將溫室氣體二氧化碳(CO2)還原為一氧化碳(CO)備受關注,如此一來可同時實現溫室氣體的減量,並進一步轉換為可被人類利用的燃料。

臺灣大學化學系陳浩銘教授與瑞士洛桑理工學院胡喜樂教授等人所組成的跨國研究團隊,發展出化學反應之臨場分析技術,使用國家同步輻射研究中心的臺灣光源(Taiwan Light Source)與和日本同步加速器光源(SPring-8)的臺灣合約光束線,利用臨場 X 光吸收光譜(Operando X-ray absorption spectroscopy)技術,即時觀察二氧化碳轉化為一氧化碳的反應過程中,催化劑的價態與化學環境等條件,成功找到高效且低廉的新型催化劑「單原子三價鐵」。

「單原子三價鐵」能取代金或銀等貴金屬催化劑,以極高轉化效率且極低耗能的電解方式,將二氧化碳轉化為一氧化碳,大幅降低催化劑成本。不僅高效率回收二氧化碳,延緩全球暖化,還能產生一氧化碳進而再製其它燃料,研究成果於今(2019)年 6 月 14 日登於全球頂尖學術期刊《科學》(Science)。

高活性背後隱藏的關鍵秘密

圖/pixabay

此研究中,發現使用「單原子三價鐵」當催化劑,即使在極低電壓下,二氧化碳轉化成一氧化碳的效率為 90%,是目前全世界已知最佳的轉化效率,甚至優於貴金屬催化劑的轉化效率。

目前的研究大多以金或銀等貴金屬,做為二氧化碳還原為一氧化碳之催化劑,相較於單原子三價鐵,其他的催化劑需要極高的施加電壓,才能達到相同的轉化效能;高電壓意味著高耗能,不符合經濟效益。然而在這個研究裡面,更重要的問題是,為什麼此單原子鐵的活性如此之高?又與過去所合成的單原子鐵有何差異?

為解開高活性背後所隱藏的關鍵秘密,陳浩銘教授利用國輻中心位於臺灣與日本的光束線,並配合該團隊近幾年所發展之 X 光臨場分析技術,發現高活性鐵單原子催化劑的秘密為保持穩定的高氧化態,這是其活性能夠媲美,甚至超越貴金屬催化劑的關鍵。

此外,由單原子三價鐵製成的新型電催化劑,不僅可以高效且低廉的方式回收二氧化碳,減低二氧化碳量,還可以產出一氧化碳。產出的一氧化碳可進一步轉換成烴類碳氫化合物,可用來製造燃料、塑膠和其他材料,如此一來即可以實現將危害地球環境的二氧化碳,轉換為人類可以使用的「燃料」。若是還原反應所需要的電能是來自於取之不盡用之不竭的太陽,將可以實現現代科技重大的里程碑「人工光合作用」──以太陽能將水與二氧化碳轉換成氧氣與人類可以使用的燃料。

  • 本文改寫自科技部新聞稿,原標題為〈力阻全球暖化—臺灣跨國研究榮登國際期刊《科學》〉。
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