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中興大學花4年解密卷柏矽晶體 可望運用太陽能應用研發

興大物理系教授施明智、生科系教授許秋容、Peter Chesson講座教授、前瞻中心博士陳建宇、生命科學系碩士生謝佩君(圖由左至右)發現卷柏科植物葉表矽晶體具有超越傳統光學的效應。圖/中興大學提供
興大物理系教授施明智、生科系教授許秋容、Peter Chesson講座教授、前瞻中心博士陳建宇、生命科學系碩士生謝佩君(圖由左至右)發現卷柏科植物葉表矽晶體具有超越傳統光學的效應。圖/中興大學提供

中興大學研究團隊發現卷柏科植物的巨大葉綠體後,進一步發掘出植物葉表矽晶體具有超越傳統光學的效應,植物體的矽晶體由二氧化矽累積而成,與玻璃的成分相同,可對在低光環境下如何獲取光線有所啟發,未來可運用在太陽能相關應用研發。

中興大學表示,由興大物理系教授施明智、前瞻中心博士陳建宇、生命科學系碩士生謝佩君與與講座教授Peter Chesson組成研究團隊,從植物採集、矽晶體觀察及特徵量測做起,結合幾何光學與物理光學的模擬和推導,歷時4年多,這項研究發表在7月的英國皇家學會Interface期刊。

興大生命科學系教授許秋容表示,在卷柏類植物的葉表發現多種不同形式及大小的矽晶體,當這些向外突出的透明矽晶體位在巨大葉綠體所在的表皮細胞上方時,不論何種形態及大小的矽晶體皆會使通過的光線重新分布。

許秋容說,矽晶體的大小扮演特殊的關鍵角色,當矽晶體夠小時,其形狀影響其光學特性有趨同現象;當矽晶體的尺寸接近可見光的波長時(400~700nm),物理光學特性成為主導,出現顯著的干涉與繞射現象;反之,當矽晶體較大時,光入射後受到幾何光學影響較大(如反射與折射),矽晶體的形狀則顯著影響光的分布。

興大物理系教授施明智說,這項卷柏矽晶體的光學效應研究,獨一無二的新穎與開創性,源於卷柏的葉子相對很薄,且位在表皮細胞的巨大葉綠體是其主要的光合作用區域,波長尺度的矽晶體突出與漏斗形表皮細胞,形成了表層增益的極佳光學物理系統。此矽晶體的光學效應在表皮細胞所形成的聚光點,巧妙地將一個細胞分割成光強度較高與較低的兩個區域。

研究團隊表示,這樣的分隔能與移動能力有限的巨大葉綠體互相配合,在低光時移動到高光區,而在遭遇短暫強光時,移動到低光區以免受強光傷害;這項研究將可對在低光環境下如何獲取光線有所啟發,未來可運用在太陽能相關的應用研發。

中興大學

延伸閱讀

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中興大學解密卷柏矽晶體 刊登英國皇家學會期刊

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