城大强项:材料科学、纳米与机械/电机工程

香港城市大学(CityUHK)综合信息数据库 · 04 科研模块 本文聚焦城大高被引学者最集中、Nature Index 与专利产出主力的领域——材料科学、纳米材料、机械工程与电机/电子工程,并以可溯源的方式叙述几项标志性突破(钙钛矿太阳能电池、双相纳米结构金属、相工程纳米材料、太赫兹/毫米波)。 平台机构(SKLTMW、NPMM、CASM)见 institutes-and-labs.md;高被引学者逐人名单见 named-centres-and-honours.md;专利转化见 output-and-startups.md。

# 一、为什么材料/工程是城大的「招牌」

若把城大的科研拆开看,材料科学与工程几乎是其国际可见度的核心引擎:

• 高被引学者集中:2025 年城大 32 位 Clarivate 高被引学者^※中,相当部分集中于材料科学、化学、纳米材料(逐人见 named-centres-and-honours.md)。
• 30 周年专刊背书:2024 年城大正名 30 周年之际,顶级材料期刊《Advanced Materials》出版 「Three Decades of Materials Research Excellence at CityU」专刊^※,系统回顾城大三十年材料研究——这是同行对其材料学地位的一种公开认可。
• 平台支撑:太赫兹及毫米波国家重点实验室(SKLTMW)、贵金属材料国家工程研究中心香港分中心(NPMM)、先进结构材料中心(CASM)等,均落在材料/工程方向(见 institutes-and-labs.md)。

以下按「能源材料 → 结构材料 → 纳米科学 → 电子/电磁工程」四条线,讲其代表性突破。

# 二、标志性突破(一):钙钛矿太阳能电池的「热稳定」难题

叙事(据城大新闻稿与《Science》论文)。 钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell)以高光电转换效率著称,但长期受热不稳定性困扰,难以商业化。据 城大新闻稿(2023-10-20)^※,城大化学系朱宗龙(Zhu Zonglong)教授团队设计了一种自组装单分子层(self-assembled monolayer, SAM),并将其锚定在氧化镍纳米颗粒表面作为电荷抽取层,从而显著提升器件的热稳定性。

据该报道,改进后的器件在约 65℃ 高温下连续运行逾 1,000 小时后,仍保留逾 90% 的效率,转换效率达 25.6%。相关论文以《Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells》为题发表于 《Science》,系城大与华中科技大学李忠安(Li Zhongan)教授合作完成(据 城大新闻稿(2023-10-20)^※)。

这项工作是城大「能源材料」方向的代表:既对应清洁能源的国家/全球需求,也契合校内香港清洁能源研究院(HKICE)的布局(见 institutes-and-labs.md)。

# 三、标志性突破(二):双相纳米结构,把镁合金做到「接近理论强度」

叙事(据《Nature》论文)。 城大工学院在高强度结构材料上有长期积累。据 发表于《Nature》(2017)的论文《Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys》^※,研究团队提出双相纳米结构(dual-phase nanostructuring)思路:把亚 10 纳米的纳米晶粒嵌入非晶玻璃壳层,制成兼具高强度与高变形能力的镁合金薄膜。

据该论文与城大相关报道,所得双相材料的强度接近近理想极限,约 3.3 GPa,比传统晶态镁合金强约 10 倍,超变形能力约为镁基金属玻璃的 2 倍;由于镁可生物降解,该材料被指有望用于可降解医疗植入物(据 城大研究报道(2017)^※)。

该方向的领军人物吕坚(Jian Lu)教授(机械工程讲座教授、工学院院长、HKIAS 资深院士)在实验力学、残余应力、结构材料上著作甚丰,其工作常见于《Nature》《PNAS》《Nature Communications》《Science Advances》等期刊(吕坚的院士荣誉见 named-centres-and-honours.md)。

# 四、标志性突破(三):相工程纳米材料(PEN)

叙事(据城大研究故事页)。 城大化学系张华(Zhang Hua)教授(郝氏(Herman Hu)纳米材料讲座教授)提出并系统化了「相工程纳米材料(Phase Engineering of Nanomaterials, PEN)」概念——即把相(phase)当作与成分、形貌、尺寸、维度并列的一个结构参数,通过调控纳米材料的相态来设计其性质与功能(据 城大研究故事(2020-05-21)^※)。

PEN 的核心是制备具非常规相的金属与二维(2D)纳米材料,并外延生长异质结构以服务多种应用。张华是材料/化学领域被引极高的学者之一,长期入选 Clarivate 高被引学者(详见 named-centres-and-honours.md),PEN 也成为城大纳米科学对外的标志性概念之一。

# 五、电子/电磁工程:太赫兹、毫米波与 6G

在电机/电子工程方向,城大的旗舰是太赫兹及毫米波国家重点实验室(SKLTMW)——香港工程领域第一个国家重点实验室,2008 年 3 月经科技部批准(详见 institutes-and-labs.md)。其核心方向包括:

• 天线设计(含毫米波/太赫兹频段的高性能天线);
• 射频集成电路(RFIC)设计;
• 快速电磁计算方法;
• 面向 6G 通信、太赫兹成像与光谱的前沿应用。

这条线把城大的无线通信、电磁、集成电路研究统合在一个国家级平台之下,也是其工程类美国专利产出的重要来源之一(专利见 output-and-startups.md)。

# 六、机械工程与先进制造

除结构材料外,城大机械工程在增材制造(3D/4D 打印)、金属玻璃、先进合金等方向亦有产出。城大相关团队曾就 2D/3D/4D 增材制造的科学进展^※发表综述性工作,并与内地机构合作研发抗疲劳 3D 打印铝合金等(据城大与合作方报道)。这些工作多与 NPMM、CASM 等平台协同(见 institutes-and-labs.md)。