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台灣中興大學解密卷柏矽晶體特殊光學效應 將有助太陽能應用研發

興大指出,歷時四年餘,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。

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照片由中興大學提供

照片由中興大學提供

(台灣英文新聞 / 生活組 綜合報導)歷時四年多,中興大學的研究團隊發現卷柏科植物的植物葉表矽晶體具有超越傳統光學的效應,可對在低光環境下如何獲取光線有所啟發,未來或許可運用在太陽能相關的應用研發,研究成果已發表於7月的英國皇家學會Interface期刊(Journal of The Royal Society Interface)。

中興大學今(15)日發布新聞稿表示,這項研究獲得科技部的支持,而主要研究者為物理系施明智老師、前瞻中心陳建宇博士、生命科學系碩士生謝佩君與Peter Chesson講座教授。

興大指出,植物體的矽晶體是由二氧化矽累積而成,與玻璃的成分相同。歷時四年餘,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。

興大生命科學系的許秋容教授說明,研究團隊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就位在巨大葉綠體所在的表皮細胞上方時,會如何影響光線進入巨大葉綠體呢?他們或許有如一扇窗戶,與矽晶體可能會增進植物對光線吸收的「窗戶假說」(Window hypothesis) 有關。

許秋容指出,研究團隊進一步發現,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,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400~700 nm,物理光學特性成為主導,意即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的影響較大 (如反射與折射),矽晶體的形狀則顯著影響光的分布。

施明智教授表示,這項卷柏矽晶體的光學效應研究,其獨一無二的新穎與開創性,源於卷柏的葉子相對地很薄,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的區域。

興大研究團表示,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,未來或許可運用在太陽能相關的應用研發。

文章發表連結: Size always matters, shape matters only for the big: potential optical effects of silica bodies in Selaginella

更新時間 : 2022-08-13 13:46 GMT+08:00