image: A research team led by Prof. Wallace Leung develops novel semiconductor nanotubes with superb charge conductivity which can be widely used in different applications, especially in environmental arena. view more
Credit: The Hong Kong Polytechnic University
香港理工大學（理大）機械工程學系採用嶄新科技，將傳導性能高的納米材料植入半導體納米纖維，研發出的合成物具高速傳導性能，因而應用範圍廣泛，應用於創造潔淨能源和環境的範疇，效果尤佳。
是項發明於第四十五屆國際發明展獲頒「評判特別嘉許金獎」，發明展於今年3月29日至4月2日於瑞士日內瓦舉行。
解決議題
半導體材料可製成非常細小的納米纖維，直徑小至60納米(少於一根人類頭髮的千分之一)，在今日社會廣泛應用於光子產品 (如:太陽能電池、清潔環境的光觸媒)，亦有用於非光子產品 (如: 生物化學感應器、鋰電池)。半導體吸收光或能源後，會激發電子和電洞的產生，形成電流及訊息；然而，電子和電洞容易快速復合，導致流動減少，相關功能亦因而大減。這特性令半導體納米纖維的應用與發展大受制肘。
理大機械工程學系團隊研發的嶄新科技，正能解決上述問題。團隊由創新產品與科技講座教授梁煥方教授率領，採用靜電紡紗技術，將傳導性能高的納米材料(例如:石墨烯、碳納米管)，植入半導體納米纖維(例如:二氧化鈦 TiO2)，製成具高速傳導性能的半導體納米纖維，其仿如為電子流動築建的高速公路，大大提升電子流動速度，減少電子與電洞復合情況。
高速傳導性能的半導體納米纖維的應用與發展範疇非常眾多，梁教授的團隊先在兩大環保範疇作應用研究: 太陽能電池，以及清潔環境的光觸媒。
提升太陽能電池效率
研發最新世代的太陽能電池，包括顏料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell /DSSC)及鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cell)，是發展清潔及再生能源的未來方向。然而，要更廣泛應用，仍需著力研究兩大範疇: 提升能量轉換效率，以及減低生產成本。
理大團隊以突破性科技，將碳納米管/石墨烯植入顏料敏化/鈣鈦礦太陽能電池內的二氧化鈦 (TiO2) 半導體納米纖維，證實能量轉換效率提升40-66%。在成本效益方面，如與市面普通使用的多層晶體硅太陽能電池比較，按其產生一度電的電費為US$0.25 (HK$1.94) 作推算，有植入碳納米管的顏料敏化太陽能電池的成本會高12 - 32% (HK$2.18 - 2.56)；而有植入石墨烯的鈣鈦礦太陽能電池的成本則低28 - 40% (HK$1.17 - 1.40)。
由於理大研發的半導體納米纖維傳導性能甚為高速，能助大幅提升效率，相信不久將來，按此科技研研發出的太陽能電池，效率會遠勝硅太陽能電池，兼且成本亦較後者低。
提升光觸媒清潔空氣功能
二氧化鈦(TiO2)是現時市面廣泛應用於空氣淨化及消毒裝置的光觸媒物質，不過，TiO2 只受紫外光激發 (佔太陽能約6%) ，在室內環境使用效果不理想，如要更廣泛應用於不同範疇，面臨相當制肘；此外，TiO2將一氧化氮(NO) 轉化為二氧化氮(NO2)的效率亦較低，一般低於 5%。
理大團隊將石墨烯卷植入TZB(主要成分為 TiO2)合成物，產生的嶄新半導體納米纖維，能發揮高速公路功效，快速輸送電子，將已吸附的污染物氧化。此外，在嶄新的半導體納米纖維，吸光及吸附有害分子的外露面積亦大幅增加。
嶄新的半導體納米纖維可將90%的NO 轉化為NO2，效率比不含石墨烯者增加35%；與市面廣泛應用的優質TiO2粒子比較，轉化效率更優勝10倍，而成本則低10倍。
應用範疇廣泛、發展空間無限
半導體納米纖維的應用廣泛，發展空間遼闊。理大以突破性科技，研發高速傳導性能的半導體納米纖維，未來在各領域的發展潛力無可限量。
除了應用於研發效能大幅提升的太陽能電池及光觸媒外，其他具發展潛力範疇的明顯例子包括: 提高生物化學感應器的敏感度及感應速度，以及生產電阻少、儲電能力強的鋰電池。
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