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转播台 - 2016/12/11 8:22:01
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图:任咏华擅长研究光化学和光物理学

转播台 - 2016/12/11 8:22:26
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文 | 大公报记者 唐晓明  黄洋港
有“彩虹科学家”之称的任咏华,是香港极少数名动世界的顶尖女科学家。在创新科技、环保能源的研发大潮席卷全球下,她在此之前已埋首研发质佳价廉的新发光材料,力图打破跨国企业技术垄断局面,屡有突破。她认为,人类未来会面对严峻能源短缺问题,必须发展再生能源和节能材料,其科研正好适用在这方面,希望为世界突破能源困境提供新途径。
化学教授 曾获“女性诺贝尔奖”
任咏华擅长研究光化学和光物理学。行年五十三岁的她,是香港大学化学系讲座教授,20多年来一直醉心无机化学、配位和有机金属化学、超分子化学和光化学的基础研究,至今获奖无数,例如在今年9月10日获日本错体化学(配位化学)会颁发日本错体化学会国际奖,2011年获颁有“女性诺贝尔奖”之誉的国际大奖─“欧莱雅─联合国教科文组织世界杰出女科学家成就奖”。近年她正研究各种新类型的发色团和发光材料,有望应用于太阳能转换及固态照明如有机发光二极管,自主研发核心科技。
“我们通常研究发光材料,尤其是磷光材料,主要是希望能令化合物发出红绿蓝三原色的磷光,透过新颖的器件结构,亦可做出白光。这些发光材料可应用于有机发光二极管显示屏、固态照明等范畴。”
任咏华向记者解释,传统钨丝灯泡是古老技术,逾90%能量都化成热能,比较浪费,目前市面的光管和悭电胆的电源效率虽然较好,但当中含有水银,抛弃时会污染环境。
控制分子排列改发光特性
为此,任咏华试图研发新型发光材料及改善现有OLED器件结构,期望能大幅节能和减省生产成本。“现在流行LED和OLED,我主要做有机发光器件(OLED)研究,製作方法主要利用蒸镀,在真空环境下製备器件,目前的科技更可利用印刷技术製备薄膜,就像印报纸般。这种印刷或旋涂製法便宜,电能转化做光能的效率亦较高,产生热能较少,能大幅节省能源,更可使用在弯曲的器件上。”
研发港专利 创科基金资助
经过不断研究,任咏华发现利用超分子化学原理,控制分子与分子之间排列的方式,可以影响化合物的颜色、发光颜色、电荷传输及导电特性,“相同分子以不同的排列方法,会影响其分子轨道的能量隙,从而改变其颜色及发光情况,例如水分子之间都有氢键将之连结在一起,在冰状态时分子之间会比较接近,而成为蒸气时,排列则较为疏离。”
她续称,这技术还可优化电荷传输,对提升太阳能电池和OLED的功率有正面影响。
任教授研究的重大意义在于,“现在很多发光材料都由大公司拥有专利,例如美国的Universal Display Corporation,德国的Merck及韩国的三星等,我们需要研发由我们香港自主专利的材料。”
她说,相关技术研究成功与否,主要取决于器件的功率和稳健性,令产品更加耐用,及如何可以大量生产,以降低生产成本。“我们目前已经拥有一些相关专利,现时我们的研究项目更成功获得‘创新及科技基金’的资助,亦有业界对开发我们拥有的专利材料表示兴趣,正商讨进一步合作。”
感叹实验室场地设施不足
图:今年获颁发日本错体化学会国际奖
谈到全球的科研环境,任咏华慨嘆,牛津大学研究实验室加有玻璃墙,外面设有学生书枱,学生既能看到实验过程,亦避免吸到实验的化学品气味。她说,新加坡的南洋理工大学参考英国牛津大学的图则兴建研究实验室,后来发现不够应用,还加建第二栋。
“香港的科研环境却非常挤迫,我们并不是每一个学生都有一张实验枱,通常都是两个人,有时甚至三个人一张。外国不时都是一个学生使用一个通风柜,我们则是二至三人共用一个,而且我们是坐在实验室里头,在实验旁边摆放椅子供学生观看情况。”
她直言,香港科研佔本地生产总值只有0.74%,深圳佔4%以上,一般地区至少约佔3%,“相比起其他面临经济困境的国家,香港经济相对稳定及充裕,政府应该投放更多资源在科研和教育上,例如像港科院创院院长徐立之教授建议增加500亿元科研基金,这主意值得考虑。”
港科学家艰辛环境获成就
任教授忆述,本港科研资源採购困难,虽然随着时代变迁,方便了科研发展,例如以前学术期刊寄到香港要坐船运来,需时二至三个月,现在只需在互联网便能下载,“但是目前化学品送运仍很费时,相比英美两国只需三日速运便已收到,香港快则个多月,普通的两个月,慢的三至四个月也有。和内地、日本和韩国有存放地点相比,我们明显输了一截。”
任咏华补充,香港的科研设施环境一直有欠理想,但教授们在艰辛恶劣的环境下依然取得出色的科研成果,例如前香港理工大学校长潘宗光教授和香港大学陈世祥教授,是很知名的科学家,虽然他们是在资源缺乏的情况下做科研,但干得很出色。任的博士导师支志明教授和她自己早期做科研的日子也十分艰苦。她说,先天缺陷下也能做到如此成绩,其实社会应该给予更多支持,从而更好推动香港创新科技发展。
主张科研合作无专业界限
图:港大实验室里,任咏华埋首研发低廉质佳的新发光材料
任咏华醉心科研。对她来说,在教学上可把化学分成多个范畴,但科研工作就没有这种界线,“环顾上个世纪的人可谓‘万能’,可以同时是艺术家,又是科学家、工程师,后来由于知识膨胀,才要分为文、理科,理科又再分物理、化学、生物和数学,之后化学又细分为无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、计算化学、量子化学等。”
细分分支原为方便教学
任咏华解释,在教学方面讲求系统性,所以要把化学细分成不同的分支学科方便教学。但在进行科研时,有些人却将不同的分支学科例如无机化学、有机化学等领域视作不同的专业来研究,而忽略分支领域间的互补性和理解。
她认为这不是一件好事,因为做科研都是希望能解决重要的科学问题,然而要解决这些科学问题不能单靠某研究领域的知识,科研人员往往需要宽广的学术视野,对不同的学科有一定的理解。
事实上,早在十多年前亦重新提倡跨学科研究,不同研究领域的科学家互补不足,相互合作,共同面对挑战。她十分同意这建议,做科研应该是集大成,不应刻意分家。
“我不时和学生分享,在科研上难以分家。例如要做金属配合物,我们通常先用有机合成化学做配体,之后才加个金属核心做成配合物,这部分是无机的合成,或者金属有机的合成;然后我们会针对这配合物加以表徵,用到好多物理化学的仪器,有时或者会用到分析化学或物理化学进行表徵。”
吁学生视野要广阔
她举例,很多发光与吸光的实验,需要用到不同的光谱仪器去检测,甚至使用脉冲激光,“因为太阳光的收集,都需要用到光化学、光物理学的知识,例如分子轨道、量子化学的计算,而发出不同颜色的光亦涉及大量物理化学和计算化学。”
她说,化学可称为一个中心科学,它涉及很多范畴,既可和医疗结合,又可和工程、物理、能源、环境等拉上关系,所以很广阔,“我和学生讲,视野要广阔,不要只关注自己的研究范畴,毕竟要解决重要的科学问题,就是需要不同专业领域的知识和科学家走在一起。”
任咏华获聘为香港大学黄乾亨黄乾利基金教授(化学与能源)及化学系讲座教授,她是无机化学、配位和有机金属化学、超分子化学和光化学方面的国际知名女科学家。先后当选国家科学院院士、世界科学院院士、美国科学院外籍院士、欧洲人文和自然科学院(又称欧洲科学院)外籍院士、港科院创院院士、获颁欧莱雅─联合国教科文组织“世界杰出女科学家成就奖”等,是全球少有荣获联合国女科学家奖的学者。
她于去年九月初在德国举行的欧洲人文和自然科学院(Academia Europaea;又称欧洲科学院)的会议获选为外籍院士,更是去年该院化学界别唯一的外籍院士。
该科学院于1988年成立,成员包括不同领域的科学家及学者。成为该院院士的首要条件,是候选人的学术成就必须持续在所属界别中达国际领先及卓越水平,其任命不会受国籍、性别、所在国家或学科的限制。候选院士需由现任院士提名,经过严格的评审,最后通过推荐和选举产生。该院现任院士约有3000人,当中外籍院士超过70人。
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