鑽研高效水能收集技術 香港城大學者榮獲「科學探索獎」

憑藉對高效水能收集技術的應用研究，香港城市大學（香港城大）的王鑽開教授榮獲騰訊基金會頒授2020年「科學探索獎」。他會將獎金投放於能源收集以及受自然啟發的工程學的相關研究。

 

「科學探索獎」自2019年起，每年頒發予全國不超過50位青年科學家，今年首度將提名範圍擴展至港澳地區，得獎名單日前公佈。香港共有三名得獎人，王教授是其中之一。

他對獲獎感到榮幸，並說：「衷心感謝香港城大師生的支持，讓我得以鑽研科學並享受其中樂趣；也感謝騰訊公司投資科學、投資未來的遠見和行動。科學研究永無止境，希望這個獎項能鼓舞更多年輕老師努力探索。」

研發收集水能的突破性技術

王教授身兼香港城大工學院副院長（國際化與企業協作）、機械工程學系和材料科學及工程學系教授，在仿生工程、熱流體力學及能源收集等方面屢創研究突破。

他這次獲「科學探索奬」的得獎研究項目題為「普適的高效水能收集技術：機理與應用研究」，隸屬奬項的「先進製造」領域，主要探究體效應結構（bulk-effect architecture）與超潤滑表面相融合的高效能量收集的基本原理；並製備易於液體脫離、高表面電荷密度、可應用於惡劣環境的介電材料；以及利用超潤滑表面和體效應結構的協同作用，開發出可適用於多種環境、能量來源、輸入形式、介面和尺度的高效能量收集裝置。

他擬利用多種氟化聚合物和潤滑液體等介電材料，研發可適用於不同環境的高效、可耐不同氣候的超潤滑表面。這些表面可以促進液體的快速脫離，從而實現表面電荷的產生、轉移甚至高密度存儲，並顯著提高裝置在不同環境下的耐用性和穩定性。

仿效豬籠草的原理製成超潤滑材料

早在2019年，王教授團隊與中國科學技術大學、華東師範大學和內布拉斯加大學林肯分校的研究人員，已攜手設計出了一種基於超潤滑介面的液-液摩擦納米發電機（SLIPS-TENG）。超潤滑液體表面（SLIPS, slippery lubricant-impregnated porous surface）這種技術，是哈佛大學的科學家於2011年仿效豬籠草利用滑溜籠口捕獵昆蟲的原理，將低表面張力潤滑液體注入固體材料而製成的液體表面。

王教授當時說：「我們將SLIPS與TENG兩項看來截然不同的技術合而為一，並證明液體與液體之間相互摩擦產生的能量也能轉化成電能。從更廣泛的角度來看，兩者的結合將為藍色能源器件設計提出範式轉換。」研究成果已在2019年於學術期刊《國家科學評論》（National Science Review）上發表。

雨水或水滴亦可發電

王教授早前又提出利用類似三極管結構的電極設計，把傳統的表面效應轉化為更高效的體效應，強化電能輸出密度；大大提高轉化效率，並且實現電荷在電極之間的可逆轉移，確保長期的輸出穩定。類似設計已應用於他與美國內布拉斯加大學林肯分校的曾曉成教授、中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士研究團隊所研發出的新型水滴發電機（droplet-based electricity generator, DEG）。該發電機的瞬時功率密度（instantaneous power density）較當時類似的水滴發電機增加數以千倍，並大大提升電能轉化效率。

他們的研究顯示，一滴100微升（一微升等於百萬分之一升）的水滴由15厘米的高度滴下，可產生超過140伏特電壓，發電機產生的電能足以點亮100盞小LED燈。這項突破性成果有助推動水力發電的科學研究及應對能源危機，研究已於2020年2月在國際權威學術期刊《自然》（Nature）上發表。

2000年，王教授自吉林大學畢業並獲機械工程學士學位，2003年在中國科學院上海微系統與信息技術研究所獲頒微電子學碩士學位，2008年獲倫斯勒理工學院（RPI）機械工程博士學位。他然後赴美國哥倫比亞大學進行有關生物醫學工程的博士後研究，2009年9月加入香港城大。

王教授是教育部長江學者講座教授，亦是國際仿生工程學會（International Society of Bionic Engineering）的會士。2016年他成為香港首位榮獲國際仿生工程學會「傑出青年獎」的得主，2016和2017年他連續獲頒香港城市大學校長嘉許獎，2017年並獲得香港城市大學傑出研究獎。他又於2018年獲世界文化理事會嘉許為九位年輕優秀研究員之一。

「科學探索獎」由騰訊基金會資助，並由騰訊公司董事會主席兼首席執行官、騰訊基金會發起人馬化騰與楊振寧等科學家共同發起。獎項自2019年起頒授，旨在支持在基礎科學和前沿技術領域全職從事科研工作的青年學者，每位得奬者將獲得人民幣300萬資助，分五年發放。