香港理工大学研发高速传导性能的新半导体纳米纤维

 香港理工大学(理大)机械工程学系采用崭新科技,将传导性能高的纳米材料植入半导体纳米纤维,研发出具有高速传导性能的合成物,可广泛应用于创造洁净能源和环境。

该半导体材料可制成非常细小的纳米纤维,直径小至60纳米,广泛应用于光子产品 (如:太阳能电池、清洁环境的光触媒),以及非光子产品 (如: 生物化学传感器、锂电池)。

 

半导体吸收光或能源后,会激发电子和电洞的产生,形成电流及讯息;然而,电子和电洞容易快速复合,导致流动减少,相关功能亦因而大减。使得半导体纳米纤维的应用与发展受限

 

这种新科技,正能解决此问题,团队由创新产品与科技讲座教授梁焕方教授率领,采用静电纺纱技术,将传导性能高的纳米材料(例如:石墨烯、碳纳米管),植入半导体纳米纤维(例如:二氧化钛 TiO2),制成具高速传导性能的半导体纳米纤维,大大提升电子流动速度,减少电子与电洞复合情况。

 

高速传导性能的半导体纳米纤维的应用与发展范畴众多,梁教授的团队目前已在太阳能电池,以及清洁环境的光触媒两大环保范畴作应用研究。

 

在提升太阳能电池效率方面,理大团队以突破性科技,将碳纳米管/石墨烯植入颜料敏化/钙钛矿太阳能电池内的二氧化钛 (TiO2) 半导体纳米纤维,并证实能量转换效率提升40-66%。

 

和普通使用的多层晶体硅太阳能电池比较,  由于此半导体纳米纤维传导性能甚为高速,因此通过实验数据得出,能帮助大幅提升效率,并且效率将远胜硅太阳能电池,并且成较低。

 

在提升光触媒清洁空气功能方面,由于二氧化钛(TiO2)是现时市面广泛应用于空气净化及消毒装置的光触媒物质,但TiO2只受紫外光激发 (占太阳能约6%) ,在室内环境使用效果并不理想,因此不能更广泛的应用,此外,TiO2将一氧化氮(NO) 转化为二氧化氮(NO2)的效率亦较低,一般低于 5%。

 

理大团队将石墨烯卷植入TZB(主要成分为 TiO2)合成物,产生的崭新半导体纳米纤维,能发挥高速公路功效,快速输送电子,将已吸附的污染物氧化。此外,在崭新的半导体纳米纤维,吸光及吸附有害分子的外露面积亦大幅增加。

 

崭新的半导体纳米纤维可将90%的NO 转化为NO2,和市面上现有材料相比,转化效率更优胜10倍,而成本则低10倍。

 

此材料除了应用于大幅提升的太阳能电池及光触媒外,在提高生物化学传感器的敏感度及感应速度,以及生产电阻少、储电能力强的锂电池等方面也将得到广泛应用。