2017-02-07

交通大學名譽博士、美國加州理工學院諾貝爾化學獎得主齊維爾(Zewail)教授與光電系前合聘教授湯朝暉所共同合作之研究,繼2015年榮登《科學》期刊在國際科學界大放異彩後。今年2月3日再次為學術界增添光彩,以「水中奈米粒子旋轉動態的四維電子顯微影像研究(Imaging rotational dynamics of nanoparticles in liquid by 4D electron microscopy)」之主題,再度榮登《科學》期刊。

 

交通大學表示,去年八月齊維爾(Zewail)教授不幸去世,為全世界學術界一大損失。湯朝暉教授扛起與齊維爾(Zewail)教授合作團隊研究重責,全力督導組內眾博士後們完成數篇論文。

 

在這篇湯教授為唯一通訊作者之論文,利用該實驗團隊近年來所發展出來的四維電子顯微鏡來探索飛秒雷射光脈衝下奈米金在水中之動態。該團隊發現於單脈雷射照射下,啞鈴般的雙金球顆粒在奈秒觀測時間內,表現出彈導式(ballistic)之高速旋轉。另外在連續雷射光照射及較慢觀測期下,奈米雙金球旋轉變成非典型擴散(anomalous  diffusion ),有異於傳統之行為。愛因斯坦曾提出著名的醉漢亂走(random walk)理論成功解釋單花粉粒在水中的亂動現象,並預測花粉的位移平方之時間均值應與時間成正比。但此團隊之觀測異於愛因斯坦模型之典型現象。且奈米金粒在雷射光下之擴散速度比沒雷射光照射時快上數萬倍。

 

此篇論文除了報導新奇現象,也提出物理機制來解釋。研究團隊觀察到奈米金表面出現奈米氣泡,因為奈米金受雷射光加熱以致體內溫度高過水沸點,因此附近水分子受熱氣化而成氣泡。起初氣泡小到連電子顯微鏡都看不到,但隨時間小氣泡膨脹並集結成更大氣泡團,如肥皂泡沫最後脹破或漂離金顆粒。這些氣泡的成長,像火車頭的蒸氣引擎,可推動雙金球之快速旋甦或平移。該論文除了報導四維雹子顯微技術觀測下奈米世界中的新奇現象,和有趣的物理機制來解釋現象之源由,並示範先進的方法可供探討含水環境中生物系統之動態現象。

 

湯朝暉表示,四維電子顯微技術因為其特有的高時間及高空間解析度,它主要用途是用來探討奈米世界中微小物資材料的結構與快速的動態,此篇論文首次報導四維電子顯相可用於液態中系統,而異於過去幾年來侷限的固態系統,有助瞭解各種特殊材料的合成與建構,能幫助科學家工程家研發出更具高效率的節能減碳、實惠耐用的材料,幫助解決人類能源、環保、醫療保健的重大問題。

備註:湯朝暉教授兩年多前應美國加州理工學院諾貝爾化學獎得主齊維爾(Zewail)教授邀請,提前自台灣退休赴美加入該團隊成為資深研究員,全力投入四維電子顯微技術之發展與應用。

附加資訊

  • 新聞類別: 科學新知