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博士生研發光致超分子開關 練就憋氣功夫

中央社/ 2016.12.20 00:00
(中央社記者許秩維台北20日電)清大博士生陳楷荏在教授指導下,研發光致超分子開關,因為分子晶體比粉末還細小,他常得屏住氣息在顯微鏡下觀察與量測,意外練出一套憋氣的功夫。

清華大學化工系教授堀江正樹和博士生陳楷荏組成的研究團隊,打造出跟毛髮一樣纖細的分子開關,只要用光照來控制,1秒鐘內就可開關10次,並傳達比自身重量多1650倍的力量,研究登上國際期刊「自然通訊(Nature Communications)」。

論文第一作者、清華大學化工系博士生陳楷荏表示,分子機器是尺寸很小的機械,在分子尺度下,藉由光、熱、電訊號等外在刺激,使分子間產生如馬達運轉、肌肉收縮、齒輪轉動等運動模式。

在堀江正樹指導下,陳楷荏挑戰比在液體難度更高、但應用層面較廣的固體單晶體實驗,發現二茂鐵超分子晶體在藍光雷射照射下擴大,一旦移除光源,晶體便迅速地恢復到原先的狀態,重複的擴大、收縮在與電路相連接後,就成了光致超分子開關。

陳楷荏說,經由藍光雷射控制電路開關,光致超分子開關每秒鐘可連續開關10次,也就是一分鐘可以連續開關600次,並仍然維持相當穩定的電流,「未來還可望加速到每秒85次」。

研究團隊接著用這個超迷你、速度又飛快的分子開關來遙控物體,透過微力感測系統發現,可以彈飛比超分子晶體還重1650倍的小球,將光能快速轉化為機械動能。

陳楷荏表示,這項實驗必須「暫時停止呼吸」,因為僅數十微米的分子晶體比一般粉末還細小,得黏在針尖上固定,連呼口氣都可能影響實驗失敗,他常選在夜深人靜時,關掉實驗室冷氣,屏住氣息在顯微鏡下觀察與量測,「因此練出一套憋氣的功夫,現在輕鬆憋個1分鐘沒問題。」

堀江正樹表示,光致超分子開關是個偶然發現,他總鼓勵學生多方嘗試,享受「玩」實驗的樂趣,「如果你不試,永遠不知道會發現什麼」;光致超分子開關是項基礎研究,但未來在這項基礎上,可望研發出更微小、更複雜、功能更多的分子機器,如更微小的電腦、不開刀就能進入人體修補器官的儀器,可能進一步改寫科技發展史。

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