城大強項：材料科學、納米與機械／電機工程

香港城市大學（CityUHK）綜合資訊數據庫 · 04 科研模組 本文聚焦城大高被引學者最集中、Nature Index 與專利產出主力嘅領域——材料科學、納米材料、機械工程同電機／電子工程，並以可溯源嘅方式敍述幾項標誌性突破（鈣鈦礦太陽能電池、雙相納米結構金屬、相工程納米材料、太赫茲／毫米波）。四條深挖線索另有專篇：高熵合金與先進金屬、張華與相工程納米材料、鈣鈦礦太陽能電池、王鑽開與液滴發電機。 平台機構（SKLTMW、NPMM、CASM）見 institutes-and-labs.md；高被引學者逐人名單見 named-centres-and-honours.md；專利轉化見 output-and-startups.md。

如果只可以拎一張表格出嚟解釋城大科研「強喺邊度」，材料科學呢一欄一定會加粗。2024 年，頂尖材料期刊《Advanced Materials》專登為城大出一期特刊，個標題直白到幾近自誇——「Three Decades of Materials Research Excellence at CityU」。一間建校只得四十幾年、規模喺八間院校入面偏細嘅大學，可以令同行頂級期刊肯用成期篇幅回顧佢「三十年材料研究卓越史」，本身就係一種同行認證。

# 一、點解材料／工程係城大嘅「招牌」

如果將城大嘅科研拆開嚟睇，材料科學與工程差唔多係佢國際可見度嘅核心引擎：

• 高被引學者集中：2025 年城大 32 位 Clarivate 高被引學者^※當中，相當部分集中喺材料科學、化學、納米材料（逐人見 named-centres-and-honours.md）。
• 30 週年專刊背書：2024 年城大正名 30 週年之際，頂級材料期刊《Advanced Materials》出版咗 「Three Decades of Materials Research Excellence at CityU」專刊^※，系統回顧城大三十年嘅材料研究——呢個係同行對其材料學地位嘅一種公開認可。
• 平台支撐：太赫茲及毫米波國家重點實驗室（SKLTMW）、貴金屬材料國家工程研究中心香港分中心（NPMM）、先進結構材料中心（CASM）等，全部都落在材料／工程方向（見 institutes-and-labs.md）。

以下按「能源材料 → 結構材料 → 納米科學 → 電子／電磁工程」四條線，講嚇佢嘅代表性突破。

# 二、標誌性突破（一）：鈣鈦礦太陽能電池嘅「熱穩定」難題

敍事（據城大新聞稿同《Science》論文）。 鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cell）以高光電轉換效率著稱，但長期受熱不穩定性困擾，好難商業化。據 城大新聞稿（2023-10-20）^※，城大化學系朱宗龍（Zhu Zonglong）教授團隊設計咗一種自組裝單分子層（self-assembled monolayer, SAM），並且將佢錨定喺氧化鎳納米顆粒表面做電荷抽取層，從而顯著噉提升器件嘅熱穩定性。

據該報道，改良後嘅器件喺大約 65℃ 高温下連續運行超過 1,000 個鐘之後，仍然保留超過 90% 嘅效率，轉換效率達到 25.6%。相關論文以《Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells》為題發表喺 《Science》，係城大同華中科技大學李忠安（Li Zhongan）教授合作完成（據 城大新聞稿（2023-10-20）^※）。呢條研究線嘅更多細節——包括介面工程同非揮發添加劑嘅兩次前情突破、同埋同美國 NREL 合作攻克「量產」瓶頸嘅過程——見專篇《鈣鈦礦太陽能電池》。

呢項工作係城大「能源材料」方向嘅代表：既對應清潔能源嘅國家／全球需求，亦都契合校內香港清潔能源研究院（HKICE）嘅佈局（見 institutes-and-labs.md）。

# 三、標誌性突破（二）：雙相納米結構，將鎂合金做到「接近理論強度」

敍事（據《Nature》論文）。 城大工學院喺高強度結構材料上有長期積累。據 發表於《Nature》（2017）嘅論文《Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys》^※，研究團隊提出雙相納米結構（dual-phase nanostructuring）思路：將亞 10 納米嘅納米晶粒嵌入非晶玻璃殼層，製成兼具高強度同高變形能力嘅鎂合金薄膜。

據該論文同城大相關報道，所得雙相材料嘅強度接近近理想極限，約 3.3 GPa，比傳統晶態鎂合金強約 10 倍，超變形能力約為鎂基金屬玻璃嘅 2 倍；由於鎂可以生物降解，該材料被指有望用於可降解醫療植入物（據 城大研究報道（2017）^※）。

呢個方向嘅領軍人物呂堅（Jian Lu）教授（機械工程講座教授、工學院院長、HKIAS 資深院士）喺實驗力學、殘餘應力、結構材料上著作甚豐，佢嘅工作常見於《Nature》《PNAS》《Nature Communications》《Science Advances》等期刊（呂堅嘅院士榮譽見 named-centres-and-honours.md）。呢條結構材料線喺高熵合金呢個更前沿嘅分支上仲有一系列突破——從「鈷調控抑制納米顆粒粗化」到打破強度—延展性取捨嘅新機理，詳見專篇《高熵合金與先進金屬》。

# 四、標誌性突破（三）：相工程納米材料（PEN）

敍事（據城大研究故事頁）。 城大化學系張華（Zhang Hua）教授（郝氏（Herman Hu）納米材料講座教授）提出並系統化咗「相工程納米材料（Phase Engineering of Nanomaterials, PEN）」概念——即係將相（phase）當作同成分、形貌、尺寸、維度並列嘅一個結構參數，透過調控納米材料嘅相態去設計佢嘅性質同功能（據 城大研究故事（2020-05-21）^※）。

PEN 嘅核心係製備具有非常規相嘅金屬同二維（2D）納米材料，並外延生長異質結構以服務多種應用。張華係材料／化學領域被引極高嘅學者之一，長期入選 Clarivate 高被引學者（詳見 named-centres-and-honours.md），PEN 亦都成為城大納米科學對外嘅標誌性概念之一。從「氧化石墨烯模板首合成 hcp 相金納米方片」到「Nature Conference on Phase Engineering of Nanomaterials 2024」嘅學科建制化，呢條概念從提出到成為國際會議主題嘅完整脈絡，見專篇《張華與二維納米材料相工程》。

# 五、電子／電磁工程：太赫茲、毫米波同 6G

喺電機／電子工程方向，城大嘅旗艦係太赫茲及毫米波國家重點實驗室（SKLTMW）——香港工程領域第一個國家重點實驗室，2008 年 3 月經科技部批准（詳見 institutes-and-labs.md）。佢嘅核心方向包括：

• 天線設計（包括毫米波／太赫茲頻段嘅高性能天線）；
• 射頻集成電路（RFIC）設計；
• 快速電磁計算方法；
• 面向 6G 通訊、太赫茲成像同光譜嘅前沿應用。

呢條線將城大嘅無線通訊、電磁、集成電路研究統合喺一個國家級平台之下，亦都係佢工程類美國專利產出嘅重要來源之一（專利見 output-and-startups.md）。

# 六、機械工程與先進製造：從飛機蒙皮到一滴雨水發電

除咗結構材料之外，城大機械工程喺增材製造（3D／4D 打印）、金屬玻璃、先進合金、仿生表面等方向亦有產出。城大相關團隊曾經就 2D／3D／4D 增材製造嘅科學進展^※ 發表綜述性工作，並同內地機構合作研發抗疲勞 3D 打印鋁合金等（據城大與合作方報道）。呢啲工作多數同 NPMM、CASM 等平台協同（見 institutes-and-labs.md）。

同屬機械工程門下，但走嘅係完全唔同嘅路數——仿生表面科學。城大機械工程系講席教授王鑽開團隊從荷葉唔沾水嘅原理出發，一路做到 2020 年《自然》封面級成果：一滴由 15 釐米高處跌落嘅水，經佢哋設計嘅場效應晶體管式液滴發電機，可以瞬間點亮 100 隻小型 LED 燈膽。呢條由「超疏水」到「發電」再到「266 年萊頓弗羅斯特難題」嘅研究線，詳見專篇《王鑽開與液滴發電機》。