理大突破二維材料技術：強韌兼備推動電子光子發展

在科技迅猛發展的時代，二維材料——一種僅有原子層厚度的超薄物質——被視為電子及光子領域的未來之星。然而，其易碎特性一直限制了廣泛應用。香港理工大學（理大）應用物理學系研究團隊最近取得重大突破，開發出一項創新方法，僅透過扭轉二維材料的雙層結構，便能在不犧牲強度的前提下大幅提升韌性。這項技術不僅超越傳統斷裂力學的限制，更為柔性電子、能源轉換及量子科技等領域開闢了廣闊潛力。研究成果已刊登於國際頂尖期刊《自然材料》，引起全球學術界及業界的高度關注。這項發明同時彰顯了香港在創科領域的領先地位，為本地科研注入新動力。團隊預計，隨着製造技術的成熟，新一代智能材料將帶來深遠影響，改變我們對電子產品的想像。

挑戰傳統：二維材料的強韌難題

二維材料以高強度著稱，但其易碎特性導致斷裂幾乎不可逆轉，這大大限制了其在高功率裝置、柔性電子產品及穿戴式裝置等領域的應用。過去，工程界常透過引入缺陷（如空位或晶界）來提升材料韌性，但此舉往往犧牲了電氣性能，因為這些缺陷會干擾電子的流動，導致效能下降，機械耐用性與電子效能難以兼得。如何在不影響固有特性的前提下，讓二維材料同時具備強度與韌性，成為全球科研人員的一大挑戰。理大團隊此次的突破，正是針對這一難題提出的創新解決方案。透過連續斷裂扭曲雙層結構，他們成功利用扭轉工程，使材料在斷裂後仍能保持穩定，為工程材料設計帶來全新思路。

創新機制：裂紋自癒合的奧秘

理大應用物理學系趙炯教授帶領的團隊，專注於過渡金屬二硫屬化物（TMD，一類具有獨特電子與光學特性的化合物）如二硫化鉬（MoS₂）及二硫化鎢（WS₂）的研究。這些材料以優異的電子、光學及機械性能聞名，廣泛應用於電子、光電子、能量儲存及生物醫學裝置等領域。團隊發現，透過扭轉二維材料的雙層結構，可創造出一種前所未有的斷裂機制。利用原位透射電子顯微鏡觀察，他們發現當裂縫擴展時，上下層的晶格錯配（即材料結構中層與層之間的不對稱排列）會形成互鎖的裂紋路徑。更令人驚嘆的是，初次斷裂後，兩層材料的裂紋邊緣會自動重新組合，形成穩定的晶界結構。這種「裂紋自癒合」機制能有效抑制裂紋進一步擴展，同時消耗更多能量，大幅提升材料的韌性。透過調整扭曲結構及角度，更可靈活控制韌性增強的程度，為材料設計提供極高的靈活性。

展望未來：智能材料引領科技革新

趙炯教授對這項研究的意義充滿信心，他表示：「這項突破不僅超越了傳統斷裂力學的框架，更首次揭示了二維材料的自主損傷抑制機制，為設計強韌兼備的新型材料提供了創新途徑。」他進一步指出，研究將扭電子學的概念延伸至機械性能設計，為電子及光子器件的研發帶來全新視角。隨着二維扭曲材料製造技術日趨成熟，下一代智能材料將同時具備卓越的機械性能與獨特的電氣特性。這意味着，無論是柔性電子產品、能源轉換技術，還是量子科技及仿生傳感領域（模仿生物系統的感應技術），都將迎來技術革新的機遇。此外，這項技術亦有望應用於日常生活中，例如更耐用的智能手機屏幕或輕薄高效的能源儲存設備，為我們帶來更優越的科技體驗。

香港創科實力再獲肯定

理大的這項研究不僅在學術界獲得認可，更體現了香港在全球創科舞台上的重要角色。近年來，香港積極推動科研與產業結合，理大作為本地頂尖學府之一，持續在材料科學、電子技術等前沿領域取得突破。團隊的成果亦為本地企業及初創公司提供了合作契機，預計將加速相關技術的商業化進程。這同時與香港政府大力發展智慧城市及數碼轉型的目標相呼應，例如技術可應用於智能交通或醫療設備，為大灣區創科合作注入新動力。可以預見，隨着更多類似研究的湧現，香港將進一步鞏固其作為國際創新中心的地位，吸引更多全球人才及資源匯聚於此。