城大研究矽納米線拉伸彈性 助革新醫(yī)療科技
蔡惠華
?香港城市大學(xué)（城大）機(jī)械及生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，矽納米線（silicon nanowire）的拉伸彈性可達(dá)一成以上，較過去的發(fā)現(xiàn)高出數(shù)倍，個(gè)別樣本的拉伸彈性更達(dá)16%，近乎矽理論上的彈性極限（約17%-20%）。這突破性發(fā)現(xiàn)將大大推動(dòng)柔性電子學(xué)發(fā)展，並革新醫(yī)療儀器科技，造福社會(huì)。 
陸博士領(lǐng)導(dǎo)是項(xiàng)研究，他解釋是次發(fā)現(xiàn)主要?dú)w功於材料本身的納米尺寸、近乎零缺陷的單晶結(jié)構(gòu)和原子級(jí)別的光滑表面；城大研發(fā)的精密單軸拉伸測(cè)試技術(shù)，亦有助避免矽納米線樣本在固定及測(cè)試過程中出現(xiàn)損傷。
這項(xiàng)研究名為「實(shí)現(xiàn)矽納米線的理論彈性極限」，8月在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)出版的學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表，城大機(jī)械及生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系博士生張洪題為論文第一撰寫人，他的導(dǎo)師是該學(xué)系助理教授陸洋博士。
陸博士指出，矽是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，可用於製造各類電子設(shè)備和芯片，與大眾生活密切相關(guān)。但矽是一種硬而脆的晶體，容易折斷，故製作涉及機(jī)械變形的矽基器材（例如置於人體內(nèi)或皮膚表面以監(jiān)測(cè)健康情況的醫(yī)療傳感裝置）時(shí)，往往受到很大限制。
現(xiàn)時(shí)愈來愈多的電子設(shè)備和機(jī)電一體化應(yīng)用涉及機(jī)械變形，而矽納米線則是重要的電子材料之一。陸博士說：「是次研究實(shí)現(xiàn)了矽納米線的超強(qiáng)彈性，將大大拓展它在這些領(lǐng)域的應(yīng)用。例如醫(yī)療器械生產(chǎn)商能依據(jù)人體結(jié)構(gòu)靈活製造柔性微型醫(yī)療器件，使用家行動(dòng)時(shí)更方便自如，有助提升醫(yī)療技術(shù)。」
過去數(shù)十年，研究人員發(fā)現(xiàn)隨著尺寸的減小，材料可以承受相對(duì)更大的變形。此前的研究顯示，若將矽晶體轉(zhuǎn)化為一維微米及納米尺度，能增加其彈性至約2-3%不等，但這個(gè)數(shù)值與理論上可達(dá)17%的矽彈性極限尚有很大距離。
陸博士的團(tuán)隊(duì)及合作夥伴發(fā)現(xiàn)，矽晶體表面的缺陷會(huì)顯著影響其彈性，故對(duì)高質(zhì)量的單晶矽納米線作研究，以基於微機(jī)械器件的原位納米壓痕儀進(jìn)行單軸拉伸測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)矽納米線的平均彈性可達(dá)一成以上並可迅速恢復(fù)，較現(xiàn)有數(shù)據(jù)高出五倍多；部分測(cè)試的結(jié)果更高達(dá)16%，近乎理論上的極限。
這項(xiàng)研究的協(xié)作大學(xué)及機(jī)構(gòu)包括：美國(guó)麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)洛杉磯分校、廈門大學(xué)及國(guó)際商業(yè)機(jī)器股份有限公司IBM研究院。研究最近獲得研究資助局約70萬港元的撥款，陸博士將在矽納米結(jié)構(gòu)的彈性應(yīng)變工程這一新興領(lǐng)域展開進(jìn)一步研究。