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未來·無限

簡介

GIST

Presenter:香港電台公共事務組

身處世界關鍵的轉折,需要眼界和知識。
每個星期六,我們會邀請一位科學家,介紹在其研究範疇內一個正在影響世界未來發展、我們不可不知的趨勢,以專業和視野來培養具前瞻的預測與洞察力。
星期六早上,讓我們看遠一點,看到未來的無限可能。

監製: 林嘉瑜
製作: 張璟瑩

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23/11/2024

提升有機太陽能電池光電轉換效率助減碳

嘉賓: 香港理工大學理學院院長、智慧能源研究院副院長、化學科技講座教授黃維揚教授

「我是黃維揚,現任香港理工大學應用生物及化學科技學系講座教授,同時也是理學院的院長。我目前主要從事新型高性能光功能材料的設計、製備及光電應用方面的研究,尤其針對這些材料的發光性質,以及材料穩定性的科研工作,並實現了高性能的多種發光顏色的有機發光二極管。最近我們也實現了利用過渡金屬配合物提升有機太陽能電池的光電轉換效率。」


現時市面上新款的電視機,不少屏幕都用到OLED技術,OLED是有機發光二極管,是一種新型發光器件,OLED技術正在以多種方式改變我們的生活。

「OLED顯示屏能自主發光,提供更高的對比度,我們能看到更清晰、更真實的圖像,同時製備成本更低。OLED屏幕在寬闊的視角下,依然能夠保持原本的顏色和對比度,就算數個人從不同角度觀看螢幕時,他們所看到的圖像效果都是一樣的。OLED在顯示黑色或者暗色時,能源耗電量將進一步降低。OLED的超薄、柔性還可以實現新型「電子報紙」、「 電子書籍」,顛覆和改變傳統報刊和書籍,顯著降低紙的用量,實現可持續發展。OLED還可以與人工智能相結合,實現可穿戴虛擬顯示,改變目前信息顯示模式。發光材料是OLED的核心材料之一,也是我們的研究重點。最近,針對最難研發的深藍光發光材料,我們通過分子設計,得到了高性能具有熱激活延遲螢光特性的新型深藍色發光材料,這種材料具有多重共振效應,它的發光寬闊度非常窄,用這種深藍光材料製備的OLED實現了超過35%的外量子效率,為目前世界最高效率之一。

光電相關的科研的成果,不單可以為我們帶來更理想的觀影體驗,如何提高太陽能發電系統的光電轉換效,亦是這個領域的科學家的研究重點。

傳統單晶矽電池的製備具有製備工藝複雜、高污染等問題。與單晶矽電池相比,有機太陽能電池具備製備工藝簡單、超薄、柔性、環保等優勢。我們發現在金屬配合物可以有效地將活性層中的電子和空穴高效分離,提升有機太陽能電池的光電轉換效率,這工作有助於早日實現「雙碳」目標。最近,我們也實現了基於新型金屬配合物摻雜的有機太陽能電池光電轉化效率超過19%。有機太陽能電池的超薄、高柔性特點可以與可穿戴電子設備集成,利用太陽光實現可穿戴電子設備自主供電。」


科學家期望在未來,通過開發新的有機光電功能材料,協助應對能源危機。

「對於這兩種光電器件來說,未來的研究趨勢我覺得主要包括以下幾點,首先是需要從高性能活性材料的分子設計和器件結構設計兩個方面繼續提高光電轉換效率;另外要提高他們的穩定性及使用壽命,例如我們之前承擔的創新科技署創新及科技基金的項目就是針對高穩定、長壽命的藍光發光材料的研製;另外,有機半導體電子技術還促進了新興應用的發展,例如柔性顯示屏和可彎曲的電子設備。這為未來的技術創新提供了新的可能,隨著可穿戴設備的出現和可折疊智慧手機的普及,需要研究更薄、更靈活的活性材料,以便適應新型顯示和電源需求;最後,未來在實現活性材料的低毒性或無毒性,可有助於降低環境污染和實現可持續發展。總括來說,我們的研究主要試圖通過開發新的有機光電功能材料,實現可持續能源轉換技術,應對能源危機,為解決未來世界的能源問題作一點貢獻。」

23/11/2024 - 足本 Full (HKT 09:20 - 09:30)

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以數學描繪世界

Presenter:香港電台公共事務組

嘉賓: 香港大學謝仕榮衛碧堅基金教授(數學)及數學系講座教授莫毅明

「我是莫毅明,是香港大學數學系講座教授,亦是明德教授,是謝仕榮衛碧堅基金教授。我的研究領域是基礎數學或純數學,專注研究複分析、複幾何、代數幾何及其應用。總括來說,我會將自己稱為一個純數學的專家,我覺得純數學會越來越有用,將來純數學的專家應該在各個方面都要認識,他們需要尋求這些已經發展出來的領域的界面,而在界面上發展一套新的理論去解決一些新問題,和尋找應用。」
  
數學一般分為純數學、應用數學和數學科學。 教授認為,純數學和應用數學之間的分界模糊,進行純數基礎研究的時候,未必一定知道應用場景是甚麼,不過純數學正正提供了理論,令後人或者其他領域的專家,可以總結出應用的方式。
 
「 舉例今天的電子通訊,所謂的密碼學,其實很多時候都是利用數論的方法。 數論是歷史悠久的一門學問,如果說得比較遠的話,其實由希臘已經開始有了,數論提出解決整數方程的方法,例如一個方程能否有解,如果有解的話,有幾多解,是回應這一類的問題。 今時今日我們經常用到密碼學的方法,其實是從一些數論方法提取出來。 在將來的世界,量子計算機會發展出來,量子計算機會令一些傳統密碼學的方法不可以應用,因為現在量子計算的方法可以破解經典密碼學所用的方法,將來很可能會應用更加豐富的數學內容。另外,純數學有很多理論問題,例如會研究對稱。 對稱有很多種形式,對稱在物理學上會應用到,在方程式的解當中也可以應用,代數裏面亦應用到。 如果我們沒有理論,當你解決了三次、四次方程之後,會有好多人嘗試去解五次方程。 因為當時三、四次方程式的解,是一個很大的發現,但後來數學理論就得出這樣的結論,就是如果要解五次方程的話,這種方法行不通。 如果沒有理論支撐的話,你只會花好多時間去做沒可能做到的事。 」

展望未來,數學對後世的影響,包括會引導人工智能如何發展。

「人工智能最基礎的是數學理論,例如需要用神經網絡。 目前來說,人工智能很多成功的例子,是一種經驗主義或實證哲學的方法,就是我們知道它可以行得通,但我們往往不知道,為何行得通。 所謂知道行得通,就是某些程式行得通,但是不明白其根本原因時,就往往會出現問題,譬如它的可信度有多高,諸如此類的問題。 數學一定是可以幫助我們去解釋人工智能基礎能夠成立的原因,或者引導它將來某些發展。人工智能其實很多方面都需要用到純數學裏面的方法,當然它有很多是近似值的方法,或者優化理論的方法,但這些都是取材於純數學裏面的方法,例如微積分、微分方程、泛涵分析等各種方法都會應用到。另外,在生物學中有生物數學,生物數學和物理中用的數學有一定的分別。生物所學的發展將會是一個重要的範疇。我相信這個也會用到很多純數學的方法,例如概率論、圖論、優化論等。數學整體來說,對將來的影響,我想除了這些具體的應用之外,還有的就是理念。 隨著社會的發展,一般人或者在大學教育中,基礎數學的認識應該提升。 在很多地方,微積分是一個必須修讀的課程,不論是文科或者理科生,這都是基礎的知識來的。我們要描繪這個世界,需要有很多數學的方法,包括微積分和線性代數,這些其實在我們的日常當中都在應用,或許很多人並不知道正在應用的方法。」

RTHK Radio 1

02/11/2024 - 足本 Full (HKT 09:20 - 09:30)