隨著全球能源危機和環境污染日益嚴重，綠色新能源的開發刻不容緩。2014年，澳門大學創建了「應用物理及材料工程研究所」（Institute of Applied Physics and Materials Engineering，IAPME），為澳門目前唯一專門探索新能源、光電電光轉換等應用物理學相關的材料和技術的研究所，協助解決全球能源危機。
年輕科研團隊
自成立以來，IAPME匯聚了一支創新意識強烈的年輕精英科研團隊，他們來自美國、歐洲、日本、新加坡、香港等世界知名大學和研究機構，具豐富的科研經歷、深厚的物理和材料專業背景，以及廣闊的國際化視野。其中，IAPME創所所長湯子康講座教授，更是國際知名的納米光電子材料領域領軍人物。在湯教授的帶領下，IAPME的研究實力、創新力在短短數年內迅速增長，獲國家自然科學基金重大集成項目、澳門科學技術發展基金、澳大科研基金等資助；開展70多個研究項目，發表SCI 論文300多篇，國際學術影響力正穩步提升。
新能源材料研發
湯子康教授表示，IAPME以物理和化學為基礎，以材料為載體，從材料模擬設計出發，探索新材料、新工藝、新功能。以工程應用為導向，針對澳門及大灣區發展所需的科學技術，發展具澳門特色的新型應用物理及材料工程學科。目前，IAPME的研究重心放在太陽能、電能儲存（電池、氫存儲、燃料電池）及節能（高效光電子以及固體照明器件）等領域的關鍵材料製備和技術開發。
湯子康教授說：「材料是個廣泛的概念，不可能甚麼都做，而IAPME注重新能源材料以及光電電光材料的開發和科技創新。結合納米科技，研發出高效的清潔能源以及光電電光技術應用。這些研究將推動澳門新能源學科及相關產業的革新與發展，有望使之成為澳門未來的新科技支柱產業之一。」
鈣鈦礦太陽能電池
綠色清潔能源的研究是IAPME的主導方向之一，其中，鈣鈦礦太陽能電池的研發備受國際矚目。
湯子康教授介紹，目前市場上的太陽能電池主要以多晶矽為原材料，提煉過程會造成高污染和高耗能，且技術昂貴。相反，目前 IAPME 主攻的鈣鈦礦太陽能器件，能用低溫印刷的方式大面積製備，成本低廉。主責鈣鈦礦太陽能電池研發的 IAPME 助理教授邢貴川表示，鈣鈦礦材料性能優異，同時具備了無機半導體的光電子特性和有機材料的溶液可加工性能，能高效地把太陽光能量轉換成電能，其最新報道的光電轉換效率高達23.7%，接近單晶矽的26.1%，遠高於染料敏化太陽能電池的11.9%和有機太陽能電池的12.6%。另外，邢教授說：「鈣鈦礦材料柔軟輕便，能用噴霧打印技術，印在背包或衣服上進行太陽能儲電，能大大提高效能。相信在未來建設智慧城市上，將有更多元化的應用。」
下一代LED技術
除了主力開發鈣鈦礦太陽能電池外，邢教授也兼顧研發鈣鈦礦納米晶發光二極管，該項目被譽為「下一代LED技術」，有望把低成本、環保高效的LED顯示屏和LED光源帶進日常生活中。
目前制造氮化鎵LED所需的原料「銦」，是全球儲量非常少的稀缺金屬資源，再過數十年有枯竭的風險，因此鈣鈦礦等量子點材料將會逐漸取代傳統LED材料。邢貴川教授是鈣鈦礦在發光研究領域的先驅者之一，他的研究進一步大幅提高鈣鈦礦型LED的發光效率。「全球約20%的電能是用來照明的，所以研發高效的照明技術對節約能源至關重要。鈣鈦礦溶液的製備過程既簡單又便宜，生產成本低，而且穩定性高，目前，鈣鈦礦的電光轉化效率已經超過20%，接近其它昂貴半導體的效率峰值，因此獲廣泛研究興趣。在不久的未來，這項技術將普及化、商業化，達到節能的目的。」
破多項世界紀錄
另一項IAPME引以自豪的科研成果是「新型超級水凝膠」，其吸附、溶脹、導電、機械性能大幅度提升，能廣泛應用於多個領域，滿足不同需求。負責該研發的IAPME助理教授孫國星介紹，澳大研發的水凝膠吸水倍數高達至13,600倍，即1克的材料吸水後會變成13,000克以上，其吸水溶脹性能是目前世界紀錄的3至4倍，因此可做成吸濕器、衛生巾、尿不濕、衣櫃除濕等民用產品，也可埋在土壤中用作農田保水、沙漠治理；同時，它對有機色素的吸附能力是目前世界紀錄的2倍，可放於污水中吸附其中的污染物，清潔水源。
孫教授表示，這款水凝膠採用價格低廉的普通水泥作為交聯劑，成本遠低於市面產品。另外，在力學性能方面，由於它比橡膠更軟、回復能力更強，具高彈性和減震功能，可用於電子、建築、機械等領域的緩衝墊材料；在電學性能方面，其表面電導率為目前世界紀錄的5倍，可作柔性電子器件，如柔性電機版、電容器隔膜等；最後，水凝膠和生物細胞具良好的相容性，細胞可在其中完美舒展，舒適存活，因此有望可跨領域做成機械性能優異、生物相容性好的新一代生物醫學組織材料、人造器官等產品。目前，該技術正申請三項中國發明專利。
前沿科技增澳門競爭力
IAPME凝聚著不同領域的物理專家的智慧，走在科研的最前沿，也引領澳門在物理學和化學學科的發展。湯子康教授表示，透過開展多項材料工程研究，不僅為澳門培養科技人才，更有望為澳門的產業結構帶來新變化、注入新動力。目前，IAPME也主攻開發平板顯示材料與技術，積極研究如何將「半導體膠體量子點」（簡稱「量子點」，半導體納米晶材料之一）的性能發揮最大值，以最有效的方式把電變成光。
負責相關研究的助理教授王雙鵬表示，由於量子限域效應，僅通過調節量子點的微粒尺寸，就可以實現量子點的發光波長（顏色）從近紅外到藍紫光的連續可調。量子點發光的色彩純度極高，使得顯示畫面的色彩呈現更貼近人眼所見之真實世界。另外，量子點發光耗能低，成本低，是未來平板顯示技術的主流選擇之一。「可見，科技是第一生產力，新的顯示技術有可能帶動出一個新產業，有機會以核心技術佔領新市場，提高社會競爭力。」
革命性納米光熱生物材料
IAPME研發的納米材料在生物醫藥的應用方面也有令人欣喜的突破性進展。湯子康教授表示，通過量子點把光變熱的效應，不僅僅能有效殺死腫瘤，重要的是，腫瘤經納米光熱效應治愈後，體內會保持著長期的腫瘤免疫記憶。就是說治好過一次之後，再也不會復發。這是一種通過物理的方式激活動物體內腫瘤免疫系統的全新途徑。
目前，IAPME正和健康科學學院、中華醫藥研究院進行跨領域合作，小鼠動物實驗已經取得了非常好的效果。一旦腫瘤疫苗的研製取得成功，將會產生巨大的社會效應和商業價值，並在這領域引起革命性的迴響。
來源：《澳大新語》第20期
