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消毒抗武漢肺炎?先了解酒精漂白水怎麼用才安全有效

Jaffer Yang
・2020/02/17 ・3405字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 564 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

微生物雖然無法以肉眼看見,卻無所不在,人類為了能健康地生活,免不了得對抗會導致生病及感染的細菌或病毒。尤其在近期,從中國武漢爆發了新型冠狀病毒 (2019-nCoV) 疫情,一時間人心惶惶。

除了戴口罩、洗手洗手再洗手,這些個人的防範手段,值得注意的是:冠狀病毒能在一般環境存活很久,可存活數小時乃至數日之久。所以,對居家環境進行消毒,也是防疫的關鍵重點。除此之外,家中如果有抵抗力較弱的幼童或年長者,更應多加留意環境清潔及消毒。

那麼問題來了,該怎麼做才能安全有效地消毒殺菌?怎樣才能殺滅「新型冠狀病毒」?

絕對不是這樣隨便噴噴就可以了喔!圖/GIPHY

本文將針對日常生活中,比較容易取得與使用的「酒精」與「漂白水」,介紹如何泡製正確濃度,並一一說明消毒時的注意事項。

不是濃度越高越有效,75% 酒精才是剛剛好

這裡的酒精(ethanol/ethyl alcohol,乙醇)絕不是指炒菜的米酒,或是啤酒等含酒精的飲料,因為上述產品所含的酒精濃度還不足以殺滅細菌或病毒,通常米酒的酒精濃度約為 20%,而啤酒僅約 5%。

能有效殺滅細菌或病毒的酒精濃度範圍為 60~80%,而「75%」的消毒效果最好也最常用。

為什麼不是酒精濃度越高越有效?

原因是濃度過高的酒精(如 95%),由於脫水能力太強,會快速地將微生物最表層的蛋白質脫水而凝固,反而會妨礙酒精繼續滲透進入微生物的內層,導致微生物內部仍保有活性,所以酒精濃度太高會有反效果。

使用約 75% 的酒精,才可使微生物的蛋白質變性、溶解脂質,並兼具穿透效果,進而達到徹底殺菌的功能。

酒精不能殺病毒?重點在於外套膜

常會聽到一種不完全正確的講法,說酒精只能殺死細菌,不能殺死病毒,所以酒精對於居家環境的消毒有限。

事實是,根據美國疾病控制與預防中心 (CDC) 的資料1,酒精其實對能產生內胞子 (endospore) 的細菌無效,像是芽孢桿菌屬 (Bacillus) 或芽孢梭菌屬 (Clostridium) 的細菌;此外,酒精濃度在 60~80%,就能有效殺滅所有親脂性病毒(例如:疱疹、牛痘和流感病毒),也就是具有「外套膜 (envelope)」的病毒可以被酒精殺死,而「無」外套膜的病毒(例如:A 型肝炎、小兒麻痺病毒)則效果有限。

幸好,冠狀病毒屬於有外套膜的病毒,所以酒精對它也有作用

關於配製方法,市售藥用酒精未稀釋之濃度為 95%,可用蒸餾水或煮沸過的冷水,依需要消毒之使用量稀釋為 70~75% 濃度之酒精,泡製時可參考由台灣糖業公司提供的下方對照表。

簡易的酒精稀釋方法對照圖。圖/台灣糖業公司

假如家中沒有量杯之類的測量器具,台灣菸酒公司也提供了一個簡易的調配口訣「4 酒 1 水調配法」,使用同一個杯子或容器,取 4 杯 95% 酒精 + 1 杯蒸餾水 = 76% 酒精。

注意!

酒精高度易燃,應遠離火源、火花、火焰,並限制在小範圍表面積的消毒。

酒精會刺激眼睛、皮膚、呼吸系統,應置於陰涼且通風良好處,並緊蓋容器。

加點兒水稀釋,漂白水便宜又好用

醫院裡常聞到的味道,其實大多時候就是來自於漂白水。市售的漂白水大部分內含約 5% 的次氯酸納 (sodium hypochlorite),此化學物質是一種很強的氧化劑,可使微生物的核酸及蛋白質產生氧化反應,使其失去活性而殺滅微生物。

而且,漂白水對細菌、病毒都有很好的消毒殺菌效果(也能夠殺滅冠狀病毒),是一種價格便宜、使用簡單的居家環境消毒方法。

次氯酸鈉的化學式為 NaClO,溶在水裡會分解成鈉離子 (Na⁺) 與次氯酸根離子 (ClO),當 ClO 與水反應後,會轉變為次氯酸 (HClO),並使水溶液變成鹼性。漂白水能殺滅微生物的效果,主要就是來自於 HClO。

不過,漂白水的原液只含微量 HClO 分子,加水稀釋後 HClO 的比例會提高,此時才具有比較好的消毒殺菌效果。

那麼,稀釋倍數要多少才有消毒殺菌效果呢?

根據衛生福利部的感染照護實證指引建議,是以 1 份漂白水加 99 份冷水稀釋(即 1:100 稀釋),稀釋後約含 0.05% 或 500 ppm 有效氯,一般在泡製後 10~60 分鐘皆有作用。

消毒切記六步驟,才能安全又有效

針對新型冠狀病毒之消毒,疾管署建議:在一般環境(如家具、廚房)使用 1:100 的稀釋漂白水 (500 ppm),但如果是浴室或馬桶表面則應使用 1:10 的稀釋漂白水 (5000 ppm),每天消毒一次,並使用當天泡製的漂白水,可參考下方稀釋換算表。

稀釋溶液總量 配製之溶液濃度
500 ppm
(1
:100 稀釋)
5000 ppm
(1
:10 稀釋)
10 公升 100 mL 1000 mL
30 公升 300 mL 3000 mL
50 公升 500 mL 5000 mL
100 公升 1000 mL 10000 mL
註:本表次氯酸鈉溶液之有效氯濃度以 5% 計算。

注意!

漂白水對黏膜、皮膚及呼吸道具刺激性,只適合用在環境消毒。

漂白水須避免以熱水稀釋,因為熱水會分解次氯酸鈉並使其消毒效果大打折扣。

漂白水不要與其他家用清潔劑併用或混合!以防止降低殺菌功能及產生有害物質。

浴室馬桶和一般環境所需的濃度可不同喔!圖/Freepik

感染照護實證指引中,還有建議使用漂白水的六步驟:「穿、稀、擦、停、沖、棄」

  1. 穿:穿上圍裙、戴上口罩及手套,保護雙手。
  2. 稀:稀釋漂白水。
  3. 擦:以擦拭或浸泡方式消毒,勿用噴的,且要保持通風。
  4. 停:擦拭後,靜置 5~10 分鐘,等待漂白水確實發揮殺菌功效。浸泡消毒的接觸時間則建議超過 30 分鐘。
  5. 沖:用清水沖洗或擦拭剛才清潔消毒的區域。
  6. 棄:未使用完的漂白水,應用大量的水稀釋一遍(不要少於一百倍),再倒入廚房汙水道或戶外水溝。也可將漂白水密封存起來,時間久了漂白水會自動氧化再倒掉。

擦拭方式不對,消毒等於白做工

學會了怎麼泡製酒精與漂白水,「擦拭方式」也是重點步驟,因為錯誤的打掃方式,反而會讓病菌擴散開來。

我們應注意使用的器具是否會造成重複污染,例如抹布來回往返地擦拭,會將附著了病菌的髒抹布,再次污染已被清潔消毒的部位,所以關鍵是要「朝同一方向擦拭」,才能避免消毒過的地方又被污染。

當然也記得別把周遭弄得溼答答的喔!圖/GIPHY

除了酒精及漂白水,環境消毒當然還有一些其他的替代方案,像是酒精可以使用 70% 的異丙醇 (isopropyl alcohol, IPA) 取代,市面上還有販售各種防疫用的抗菌消毒劑(如來蘇液、沙威隆、滴露等),使用時可直接參考該產品的說明書,或參考勞動部職場預防 SARS 之消毒手冊來泡製。

市售消毒產品比起酒精或漂白水,在費用方面會比較高一點,其實只要運用酒精和漂白水消毒,就已經能達到很好的效果。

最後叮嚀,沒有一種成分就能夠百分之百地確保殺滅細菌或病毒,想要降低被感染的風險,「勤洗手、不碰眼鼻口」仍然是自我保護最重要的一步。

參考資料

  1. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Guideline for Disinfection and Sterilization in Healthcare Facilities.
  2. USP 35. General Information /〈1072〉Disinfectants and Antiseptics 619.
  3. ResearchGate Why is 70% ethanol used for wiping microbiological working areas?
  4. 衛生福利部 感染照護實證指引 2019/07月修訂
  5. 衛生福利部疾病管制署 2019 年新型冠狀病毒要怎麼消毒?
  6. 勞動部勞動及職業安全衛生研究所 職場預防SARS之消毒手冊
  7. 中華民國經濟部 一起做防疫 台糖教你自製消毒用酒精抗病毒
  8. 台灣菸酒公司 如何簡易將95%台酒優質酒精自製75%消毒用酒精?
  9. 美的好朋友 漂白水及次氯酸鈉如何抗菌消毒?專家完整解析
  • 2020/3/2 12:00 編按:內文中外套膜之英文誤植為「envelop」,現已更正。

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Jaffer Yang
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畢業於成大微免所,現職醫學寫作。出於對醫學領域的興趣及工作經驗實務接觸,樂於將自己喜愛的科普知識,以淺白的文字讓更多人了解,曾著有《圖解醫療》一書。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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物理學家說,公車的窗戶開這幾扇才通風
胡中行_96
・2023/01/09 ・1774字 ・閱讀時間約 3 分鐘

在流感盛行的嚴冬,您可曾為了開窗與否,天人交戰?還是在搭公車的時候,選擇開走道對面的窗戶,凍死別人,造福自己?通風能降低感染空氣傳播疾病的風險,但交通工具的窗戶到底要怎麼開,才能達到最佳效果?墨西哥物理學團隊發揮所長,在 2022 年 12 月的《科學報告》(Scientific Reports)期刊上,推薦開公車窗戶的方法。[1]

公車模型

COVID-19 疫情期間,防疫資訊滿天飛。因為事關人命,「♪ 雖然我曾經這樣以為/♪ 我真的這樣認為」,並不能做為給予建議的理由。許多公衛措施的效益,例如:戴口罩和保持社交距離等,都被嚴厲地以科學的方法檢視。這群墨西哥物理學家著眼於通風的機制,想瞭解到底挑哪個位置的窗戶,打開多少扇,對公車內的空氣品質最好。當然,他們並未唱著林憶蓮的〈為你我受冷風吹〉,親自搭車實測,被風吹到掉眼淚;而是打造了一台小模型來實驗,再以電腦模擬運算。[1, 2]

公車模型:A 是風速計;S 為二氧化碳偵測器;窗戶被黑虛線框出;二氧化碳則由中央車底灌入。圖/編輯自參考資料 1,Figure 1b、8a和8b。CC BY 4.0)

他們參考一輛 9.92 x 2.5 x 2.2 公尺,地板內側離路面 0.4 公尺的實體公車,打造出約 1/10 大的壓克力模型。如圖所示,車體透明,僅窗戶用黑色虛線框出,方便觀察;裡面有二氧化碳偵測器(CO2 sensor)、風速計(anemometer);以及可裝卸的 3D 列印乘客,方便創造空車和滿載等狀態。由於假人不會呼吸,所以得從模型的中央車底灌入二氧化碳,代替真實的吐氣。測試氣流時的車速,則主要設定在每小時 50 公里。[1]

實驗項目

這個實驗從下列兩個角度,來探討通風效果:

  1. 開啟的窗戶數目:從不開窗、開 2 扇或 4 扇,到全部開啟等,都嘗試一輪。[1]
  2. 窗戶的位置:一般常見的公車,窗戶都是開在車體兩側,也就是乘客座位的旁邊。不過,科學家在模型的車頭,挖了 2 個長方形的氣窗,看看這種設計的效果又是如何。[1]

實驗結果

研究團隊發現,在一般擁有左右兩排窗戶的公車上,氣膠(aerosols,又稱「氣溶膠」或「懸浮微粒」)的擴散與排出,均受車內負壓造成的吸力驅動。打開 4 扇,也就是左右各 2 扇窗戶最通風;全開也不會加快氣膠排散,或減少累積。氣流促使氣膠向車頭聚集;有些從前面離開的氣膠,會由後面的窗戶回流;而氣膠在車裡停留的時間,平均為 6 分鐘。不過,當科學家拿出他們改造的新型公車,馬上就超越了傳統公車開 4 扇窗的成效。[1]

有別於市面上常見的款式,這種新型公車的前方擋風玻璃,靠近車頂處,多了兩個氣窗。如下圖所示,公車移動時,前方氣窗會進氣,產生一股推力帶動通風,而不再仰賴車內負壓的吸力。空氣從前方灌入,通過座位區域,再由車尾原本就設在兩側的窗戶出去;不像開 4 扇的,氣流無法完全貫穿車體。[1]

左:一般有兩排窗戶的公車;右:車頭設氣窗的新款公車。圖/參考資料 1,Figure 1c(CC BY 4.0)

以公車滿載 50 人的狀況為例,車速每小時 50 公里時,新款公車內的通風換氣速率,為每人每秒 100 公升;遠高於英國急難科學顧問團(Scientific Advisory Group of Emergencies,簡稱SAGE),在 COVID-19 疫情期間建議的 8 至 10 公升。就算行車速度只有每小時 9 公里,也還能符合 SAGE 的標準。同時,車內氣膠的總量減少,在車速每小時 50 公里的狀態下,滯留的時間降至 50 秒。[1]

公車向左行駛時,開不同窗戶的通風情形。影/參考資料 1,Supplementary Information 2(CC BY 4.0)

尚待研究的變因

既然新款公車這麼通風,何不趕快上市?上述實驗未涵蓋的數個變因,其實仍有待探究。比方說,3D 列印的假人沒有體溫,真實的公車坐滿活人乘客時,車內的溫度可能較高。如果再考量各地天候,造成的車外氣溫差異,這裡關於氣體流動的結論,便不見得適用。[1]更何況在空氣污染嚴重的市區,開窗搞不好會弄得灰頭土臉,大概也無益於呼吸功能。假如將來臺灣除了密閉且附空調的公車,也有這種墨西哥的新式車款,身為乘客的您,會想搭哪一種?

  

參考資料

  1. Alexei Pichardo-Orta F, Luna OAP, Cordero JRV. (2022) ‘A frontal air intake may improve the natural ventilation in urban buses’. Scientific Reports, 12, 21256.
  2. 滾石唱片ROCK RECORDS(01 JUN 2012)「林憶蓮Sandy Lam【為你我受冷風吹 Suffer for you】Official Music Video」YouTube.
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胡中行_96
83 篇文章 ・ 30 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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柔軟的導電革命:前所未見的無序高分子導體
linjunJR_96
・2022/12/30 ・1995字 ・閱讀時間約 4 分鐘

只有金屬會導電?

怎麼樣的材料能導電?這個問題的答案或許將永遠改寫。

怎麼樣的材料能導電?金屬?這個問題的答案或許將永遠改寫。圖/pexels

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料,擁有塑膠般柔軟的非晶體結構,同時又有金屬般的導電性質。

講到導體,首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格,自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始,科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷,並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。

利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。圖/pexels

相隔許久後,二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後,也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知:

原來除了金屬材料之外,塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來,導電聚合物的製程簡單便宜,也有較好的可塑性,被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品,像是有機發光二極體(OLED)螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號,但是導電聚合物和金屬導體一樣,都有緊密整齊的晶格結構,讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上,現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格,才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

從左到右分別是有序的晶體、無序的非晶體、和氣體。圖/ Encyclopædia Britannica

再一次超越想像,無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie(現為普林斯頓大學博士後研究員)近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元,但因為合成技術困難,並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上,合成出全新的 NiTTFtt,開始了一系列的實驗。

在實驗室中,NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是,X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的,沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上,NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣,只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上,就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外,它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼,想盡各種方式考驗它,但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定,顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢?研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型,企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元,他們首先組成長長的一維長條。圖/參考資料

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條(左),平行堆疊成千層派一樣的結構(中),並橫向排列形成立體的材料(右)。注意到每個長條排列的方向雖然一樣,但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬,研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲,電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊,讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說,NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性,或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知,讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在,任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構,就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣,為人類社會帶來革命性的科技突破。

參考資料

linjunJR_96
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清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。