拔尖研究方面
本校選擇基礎科學、生物科技、電子資訊、奈米與材料、能源與環境及科技、社會與管理共六項已具基礎且有潛力成為國際頂尖之研究領域為重點,並積極支援相關研究中心負責推動,以下針對各領域分別敘述:
(一)基礎科學領域
本校基礎科學研究居國內領導地位,訂定理論科學研究、奈米及光電物理研究、材料化學及化學生物研究、恆星形成與高能天文物理研究等四大重點,理論與實驗密切配合,純粹與應用科學並重,以達國際一流水準。於99年度共計發表SCI期刊論文共89篇,其中多篇發表在頂級數學、物理及化學期刊上,更有重要天文發現刊登於Nature。
1. 具體成果
(1) 理論科學研究:a. 數學:研究基因複製是生物演化出新功能的重要機制,我們組成跨領域的研究團隊,包括數學、生物資訊與生物工程學,針對此課題進行深入研究,探討不同生物的基因對(gene pairs)表現量與選擇壓力之間的關係,發現當有選擇壓力產生時,人類基因功能的演化效率明顯優於其他生物。99年共發表SCI論文3篇。b. 理論物理:探討宇宙之暗物質、暗能量及物質與反物質不對稱性之研究。最近成果包括:(I)提出幾種新的衰變暗物質之模型,解釋最近實驗上發現的宇宙線中的能譜之反常;(II)研究修改重力理論中暗能量與熵之關係及其中之熱力學;首次針對穿越w =–1之個種可行之修改重力理論做了詳細之分析,並首此提出這些理論在未來穿越w =–1的普遍性;(III)用低能量之輕子產生機制解識物質與反物質之不對稱性,以及探討Friedberg-李模型中的輕子產生機制。於99年度共計發表SCI期刊論文共13篇。
(2) 奈米及光電物理研究:a. 量子世代之核心科技:(I)利用超高真空分子束磊晶(MBE)沉積之Ga2O3 (Gd2O3)介電層於三五族和鍺半導體上展現極佳之界面性質與可縮小性(至等效二氧化矽厚度0.5-0.6 nm),居世界領先地位;(II)持續開發次微米尺度自我校準(self-aligned)反轉通道型三五族金氧半場效電晶體元件,持續刷新世界紀錄。99年度共計發表SCI期刊論文共22篇。b. 以量子模擬元件探討強關聯電子系統之研究:成功製備不同尺寸之二量子點陣(quantum dot array)元件,此點陣元件可視為一人造之二維晶體,並量測其低溫傳輸特性,觀察到基本調制訊號。99年度共計發表SCI期刊論文共4篇。
(3) 材料化學及化學生物研究:a. 前瞻聯繼不對稱金屬有機催化反應:研究三種新穎不對稱聯繼催化反應。99年度共計發表SCI期刊論文共14篇。b. 新穎奈米材料於綠色生醫之應用:發表於學術期刊”Advance Functional Material”,利用具有螢光、磁性和專一標靶(半乳糖化表面)的多功能性奈米粒子專一性地標的肝癌HepG2細胞。利用粒子表面半乳醣與去唾液酸胎醣蛋白接受器(ASGP-R)專一作用後啟動由接受體引導的胞噬作用(receptor-mediated endocytosis),並且發現粒子表面配位基的立體空間呈現(ligand spatial orientation)將會影響細胞由接受體引導的胞噬作用之效率,於99年度共計發表SCI期刊論文22篇。c. 複合型奈米材料於藥物控制釋放之研究:以金奈米棒為基材,開發新穎之溫感性複合凝膠材料,作為癌症治療之藥物傳輸載體。搭配近紅外光照射,能控制藥物精確釋放。材料表面集團功能化,亦能提高藥物在化學治療之專一性,促進療效並減少抗癌藥物之毒副作用。於99年度發表SCI期刊論文共計4篇。
(4) 恆星形成與高能天文物理研究:大質量星球的形成過程以及磁場在恆星形成過程中所扮演的角色,發展X射線天文學與gamma射線天文學的理論研究和觀測,主導由多所大學及國家太空中心組成的團隊,參與加州柏克萊大學太空天文儀器計畫,研製以高純度鍺偵測器陣列的康卜吞成像光譜儀,與巴黎天文台合作發展高速測光儀。於99年度共計發表SCI期刊論文共11篇,包括97年1篇Nature論文。
2. 與所設目標之差異說明
理論科學研究中,在數學領域,目前實驗取得的蛋白質結構數據,包括:人類、果蠅、線蟲、酵母菌等物種。其他模式生物的數據,因考量實驗進度的時程,尚需更多時間方有結果。待取得更完整資料,將有助於數學模型之建立與分析。
3. 未來執行重點
數學領域中之劑量不平衡效應之移除對基因複雜化之重要性,將接續已完成的研究報告,並根據取得的基因數據進一步建構合理的數學模型,以描述並解釋人類基因多樣化的過程與不平衡效應之移除的關係。奈米及光電物理研究中,量子世代之核心科技,將整合n-型通道砷化銦鎵與p-型通道鍺金氧半場效電晶體以達成重要的創新互補式金氧半元件技術,以實現低耗能率綠色積體電路。材料化學及化學生物研究中,新穎奈米材料於綠色生醫之應用計畫,將以完成新穎奈米材料於綠色生醫之應用為重點。複合型奈米材料擬致力於藥物控制釋放之研究結合影像技術,加強複合型奈米材料於醫學診斷方面之應用潛力。恆星形成與高能天文物理研究,擬處理CFHT及Tenagra影像資料後,開始進行資料庫分析,並規劃多波段觀測以研究恆星形成及緻密天體。繼續爭取大型光學及紅外望遠鏡(如CFHT)的使用,並為阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)的啟動作準備。
(1) 美國「紐約時報」於12月14日報導,臺灣研究團隊成功重建果蠅全腦的神經網路地圖,於12月2日發表在Current Biology(IF: 10.992),生物家認為這將是解碼人類大腦的開端。
(2) 發表3D影像技術回顧論文Gastroen terology(IF: 12.899)。
(3) 以果蠅模擬神經退化性疾病致病機制,發表在PLOS Genetics (IF: 9.532)。
(4) 腦科學中心99年SCI論文13篇(含以上3篇SCI IF>9),專利案19件(含獲證1件)。
(5) 諾貝爾獎得主James Watson 於2010年4月來訪,討論果蠅全腦的神經網路地圖。
(6) 本校99年度生物醫學在材料以及微奈米系統領域,所發表之高品質期刊(SCI IF>5)包含Advanced Materials 8篇、Small 1篇、Nanotechnology 10篇、Biomaterials 19篇、Nucleic Acids Research 5篇、Angewandte Chemie International Edition 5篇、The Journal of Biological Chemistry 3篇、Advanced Functional Materials 5篇等。
(7) 至2010年12月止,本校生醫方面技轉數已達11件。成員已獲得專利者共58件,申請中有80件。
2. 與所設目標之差異說明
(1) 儀器設備與研究人力均有進步空間,若有穩定的團隊及新進儀器,應可更有效率。
(2) 3D神經影像空間準確度尚可提升,包括產生更高解析之標準腦及更精確的局部對位演算法。
(3) 果蠅行為監控平台、多角度3D顯微影像載物台、果蠅雷射追蹤系統等大多達到工程要求,唯生物變異因仍須克服。
3. 未來執行重點
(1) 加入神經傳導方向的資訊,建構果蠅全腦其餘90%神經網路體之圖譜。
(2) 發展彩虹腦技術,加快神經影像資料收集。
(3) 建立果蠅嗅覺葉的標準模型及區域座標系統。
(4) 利用雷射追蹤系統及多功能果蠅行為偵測與制約系統研究與果蠅神經模組相關的行為及記憶。
(5) 研究神經細胞中和記憶有關的訊息傳導路徑。
(6) 探討果蠅老化與IBMPFD神經退化疾病之機制。
(7) 奈微米快速篩檢微流體晶片開發。
(8) 惡性腫瘤抗藥性表觀遺傳學研究。
(9) 蛋白質/小分子藥物傳輸系統開發。
(10)生物結構分析及小分子藥物抑制劑開發。
1. 具體成果
(1) 電腦與通訊科技研發中心:研究重點為網路通訊與資訊應用、系統晶片與設計技術。本中心於99年度共計發表SCI期刊論文共50篇,獲得專利共5件,技術移轉共1件;光電研究中心於99年度共計發表SCI期刊論文共62篇,獲得專利共5件,技術移轉共3件。其他具體成果,包括:a. 本團隊在高速交換機的研究與實作有極大突破,提出位元充填的演算法減輕高速交換機裡高速傳輸的串音問題,目前由學校申請專利中;b. 用所開發之無線感測平台,與逢甲大學地理資訊中心合作,進行土石流觀測,並於雲南蔣家溝完成實地測試;c. 開發先進合作式/分散式波束成形機制,提供MIMO無線通訊物理層之安全需求,獲得2009年DAC/ISSCC及2010 ASP-DAC設計比賽大獎,技轉至業界並受邀至NTP、NSOC技轉會議中發表;d. 開發世界第一顆空時編碼解碼晶片與超低功率之快速傅立葉轉換處理器晶片,此一平台榮獲國家系統晶片(NSOC)計畫之成果績優獎;e. IEEE INFOCOM是網路領域最頂尖的國際會議,2010年台灣僅有兩篇正式大會論文被接受,均由清華大學拔尖計畫研究團隊所發表。
(2) 有機光電顯示材料及元件:鄭建鴻教授團隊執行經濟部第二期「高效率高穩定性OLED材料與元件技術開發」計畫,已成功技轉科專材料給多家國內有機光電材料廠商。
(3)太陽能電池技術:陳壽安教授團隊探討反式高分子太陽能電池,獲得兩項重要成果:a. 利用所合成新穎雙取代碳球作為受體,元件效率達5.57%;b. 開發了嶄新水溶性電洞傳輸層,當元件之活性層為P3HT:PCBM時,其效率達3.75%,此新材料將有商品化之潛力。在第三代具奈米結構之矽基薄膜太陽能電池技術方面,潘犀靈教授等已成功的於低溫(100°C)研製非晶矽太陽能電池,轉換效率最高可達9.6%,部份結果已發表於頂級國際會議IEDM。
(4)混成式光纖-兆赫波資訊網路:潘犀靈教授領導的跨校團隊以光電式發射器研發光纖-兆赫波混成式超寬帶脈碼無線通信,在W頻段(100 GHz or 0.1 THz)可以20 Gb/s數率傳輸,這是目前世界級的結果。
(5)矽光子及奈米光學系統技術: 李明昌教授團隊達成矽積體化脈衝頻譜展寬及多工晶片,晶片大小小於1 cm2,實際觀測到頻譜展延從1,540 nm 至1,524 nm;並以微機電技術製作可撓性波導及電極,可調變光相位達0.4p。
(6) 量子光學及雷射科學:余怡德教授利用展頻技術,成功地避免單光子的微弱信息受到環境的巨大雜訊之干擾,為量子通訊的重要進展,成果發表於頂級物理期刊。李瑞光教授團隊研究原子與固態微奈米結構中的量子糾纏產生,成果豐碩。
2. 與所設目標之差異說明
電腦與通訊科技研發中心因部分研究計畫(如光佇列)太過先進,在世界上亦居於前導的地位,與台灣的業界生態差距太大,不易得到國內業界的配合與支持。光電研究中心原先規劃之研究方向皆積極進行,進度符合預期。中心在光電科學、綠能光電元件如照明與顯示、太陽能電池等領域已建立堅強之學術團隊,除追求學術卓越與知識創造外,亦積極從事產學合作,創造新興產業。
3. 未來執行重點
電腦與通訊科技研發中心除陳博現教授於100年開始執行學術攻頂研究外,已申請第二期5年5百億頂尖研究中心計畫,並新增研究人力,重新規劃四個分項計畫,分別為:子計畫一「前瞻網路技術與雲端運算」、子計畫二「網路基本課題研究」、子計畫三「無線通訊」、子計畫四「晶片設計技術」。光電研究中心則繼續達成各計畫之研究目標,加強各重點領域整合,及跨領域研究合作,亦將持續推動產業合作及技術移轉,並舉辦前瞻性研究論壇活動,培養跨領域研討風氣。
(四)奈米與材料領域
本校致力於奈米科技研究,以物理及化學為基礎,配合在國內具主導地位的材料、化工與奈米微機電應用研究,再加上半導體、微機電製程技術及先進的奈米量測技術,形成優勢團隊。99年度共計發表SCI期刊論文143篇,其中頂尖期刊(IF>4.0)53篇,獲得專利21件,技術轉移1件。五年來共獲得專利104件,技術轉移共24件,積極協助我國產業界邁向奈米科技世紀。
1. 具體成果
(1) 低維奈米結構研究:合成、鑑定、應用與基本成長機制已成功利用金奈米粒子自組裝技術產生大面積的三維(3D)人造電漿光子晶體,發展出一新且便宜的二元金屬氧化物氣凝膠(NiCo2O4)。
(2) 超薄奈米尺寸(Co/X)n (X= Pt, Pd, Au)等多層膜之研究上共發表了三篇重要論文。
(3) 奈米材料對癌細胞生長與移轉的研究發現,帶有抗體及官能基化的奈米碳管無論是在殺死乳癌細胞的能力或細胞的選擇性,都優於同樣具水溶性的官能基化碳管。
(4) 交聯式酸鹼應答型高分子/藥物奈米微胞之標的傳遞計畫中,利用酸鹼/溫度應答型接枝共聚合高分子製備殼層交聯式微胞,發現經由調控外部溶液的pH值或溫度,可操控SCL微胞進行可逆微胞/液胞(vesicles)結構轉換。此一研究成果已撰寫成一篇論文並發表於國際知名學術期刊。
(5) 離子束應用於奈米電子元件高介電層及金屬閘之分析與製程研究主要進行幾項工作,而電荷儲存能力也大幅的改善,發現以Al2O3/HfAlO結構作為阻擋氧化層對電荷陷阱式快閃記憶體工作特性是最佳的,不但可以提升寫入與抹除速度,而在電荷保持力上也有較佳的表現,這些成果已發表於學術期刊及申請專利。
(6) 應用於無線整合式微系統之奈微機械電路團隊在兩年內利用增能計畫所挹注的資源開發了CMOS-MEMS微機械共振器(Vibrating Micro-mechanical Resonator)與其整合式CMOS放大器電路之通用製程平台,於CMOS-MEMS領域的研究成果豐碩,結果發表於微機電領域最頂尖的國際研討會。
(7) 利用掌性超分子自組裝模化建構奈米混成材料上突破過去二十年所建立的嵌段共聚物之傳統相圖,發現全新的高分子嵌段共聚物之奈米螺旋相,共發表6篇重要論文於頂級奈米期刊。
2. 與所設目標之差異說明
(1) 低維奈米結構研究:合成、鑑定、應用與基本成長機制計畫中,本年度研究成果優良,與預設目標相符。頂尖期刊論文(IF≧7)達15篇。
(2) 交聯式酸鹼應答型高分子/藥物奈米微胞之標的傳遞上,由於計劃執行時程(99/03~99/10)尚短,部分研究項目仍未完成詳盡的探討。
(3) 離子束應用於奈米電子元件高介電層及金屬閘之分析與製程研究在開發中能量離子散射儀分析技術上,MEIS樣品因無load lock系統,且以O-ring替代金屬C-ring,造成換樣品需開整個真空腔,無法加熱烘烤,導致抽真空與偵檢器需約一個月作為前置工作。將來擬加裝load lock系統與加裝金屬C-ring,以加快分析速度。
3. 未來執行重點
(1) 低維奈米結構研究:合成、鑑定、應用與基本成長機制上,未來的展望是加強已發展方向的深度及擴大與校內外相關團隊合作的成果。
(2) 超薄奈米尺寸(Co/X)n (X= Pt, Pd, Au)等多層膜之研究將著重薄膜磁化研究。
(3) 奈米材料對癌細胞生長與移轉的研究將與新竹署立醫院進行生物實驗。
(4) 交聯式酸鹼應答型高分子/藥物奈米微胞之標的傳遞上,未來將持續投入更多心力於高分子複合微胞交聯機制與高分子組成差異對複合微胞結構及其藥物釋放速率影響。
(5) 離子束應用於奈米電子元件高介電層及金屬閘之分析與製程研究將繼續探討鍺通道結構運用在電荷陷阱式快閃記憶體上,以期有效提升Ge channel之結晶性與濃度,並進一步探討以Si3N4/high-k結構作為電荷陷阱式快閃記憶體的電荷陷阱層之研究。
(6) 應用於無線整合式微系統之奈微機械電路未來將朝向無線射頻次系統之開發應用為主,將機械與電子元件進行有效整合,朝向單晶片積體化的目標邁進。
(五)能源與環境領域
整合本校能源與環境領域之研究資源,透過跨領域的交流與合作,協助本校在「再生能源」、「能源新利用」、「溫室氣體減量」、「核能技術」、「能源產業科技策略」與「環境分析技術」等研究領域持續創新。99年發表SCI論文92篇,獲得專利1件(申請中11件、審查中1件),技術移轉共2件。
1. 具體成果
(1) 再生能源技術:藉由新型有機與釕金屬光敏染料合成、液態與固態電解液離子傳輸特性改善、降低對電極材料成本以及多孔性二氧化鈦電極之最佳化,目前已將染料敏化太陽能電池之轉換效率提升至11%,並且通過長效測試。
(2) 能源新利用技術:微型質子交換膜燃料電池測試成果測試最佳峰功率值為860 μW/cm2,微型甲醇轉換器目前測試最佳氫氣產率為3.49×10-6 mole/min,最佳甲醇轉換率為45%。Pt-Ru觸媒還原製作中半電池氧化平均電流密度最佳成果為為160 mA/cm2。新型質子交換膜開發中已經驗證本材料具備質子交換之功能。微熱交換器目前已完成交叉流式的熱交換分析。
(3) 溫室氣體減量技術:針對燃燒後及化學工廠排放氣進行化學吸收及吸附方法之研發。與中國鋼鐵公司合作案中,利用ASPEN Plus 質傳階段操作模式建立中鋼公司示範工廠的基本模型。經由現場數據驗証,此模型已可準確預測以MEA溶液固定床製程操作。目前實驗工廠在模型的預測下,已達到進料95% CO2捕獲,且總量可在116 kg/day以上之設計目標;但能耗還未達成預定的目標。目前已完成操作最適化,可降低能耗~10%;未來將進行更換溶劑,及增加汽提壓力等改善實驗。
(4) 新世代核能系統:針對爐心設計含材料、中子計算、爐心熱流及核核能產氫。氫能是極待開發的能源,利用第四代核反應器產生大量具低成本的氫能以解決日益短缺的能源。利用核能產生高溫以從事熱化學水裂解產氫。
(5) 能源產業科技策略:完成國內能源技術與主要產業供應鏈發展之整合利用關係研究,建立能源科技政策衡量指標系統,作為政府於能源技術發展政策、能源法規、財務稅制與市場機制等政策工具擬定之參考依據。建構研發國內綠能產業科技創投的經濟評估模型,並逐年強化評估功能,俾能考慮多元化之能源科技發展情境,量化評估重要能源科技政策的節能減碳效果與產業經濟影響。
2. 與所設目標之差異說明
在各項能源與環境研究領域上,均能達成既定進度。目前也亦辦理能源科技學程,期望更多的學生可以加入能源與環境研究。
3. 未來執行重點
未來將繼續積極執行「能源國家型計畫」,目前審核中的計畫包括:高效率染料敏化太陽能電池之整合研究、二氧化碳捕獲及再利用。並於99年底取得行政院原子能委員會計畫「第四代先進型核反應器之技術評估」的計畫,未來將持續推動國際合作舉辦國際核能學術研討會,並加強產官學研之間的交流與整合。
(六)科技、社會與管理領域
以「季風亞洲與多元文化」國家重點計畫為軸心,規劃校內人文學科整體發展,推展Mentoring Program,主動積極地幫助近40位年輕同仁的學術開拓,提升清華在重點文科領域的國際地位,成效顯著。研究團隊2010年論文發表於國內外期刊共計28篇(其中7篇為SSCI期刊及A&HCI期刊),專書及篇章共17篇,成果豐碩。
當代中國研究執行內容則分為中國研究工作坊(邀請國內外學者舉辦中國研究專題演講)、台商經營中國工作坊(邀請台商經理人舉辦中國企業經營專題演講)、中國研究田野資料數位化(將2003-2010年在中國從事田野研究所收集的檔案文獻及訪談逐字稿,進行系統化、數位化的資料庫建置)、當代中國研究通訊(持續編輯發行「當代中國研究通訊」)四個面向。計畫團隊成員於2010年共發表了6篇期刊論文、6篇專書論文、10篇研討會論文,1篇論文評論以及發表8場演講。
1. 具體成果
(1) 「季風亞洲與多元文化」國家重點多年期整合計畫。其中的「文史」、「語言」分項全面展開,「人類」、「社會」分項也已開始進入計畫。近年來連續舉辦39次原創性研究成果的系列講座。第一階段考評成果,深獲好評,並獲得第二階段兩年一千萬之全國最高額補助。
(2) 積極與季風亞洲地區的重要學術機構建立合作關係,並邀請到新加坡國立大學、新加坡南洋理工大學、新加坡East Asian Institute、馬來亞大學、砂拉越大學、拉曼大學等單位的教授參與計畫或進行互訪。
(3) 推動校內專書出版風氣,人類所黃倩玉老師於哈佛大學出版社出版”Charisma and Compassion: Cheng Yen and the Buddhist Tzu Chi Movement”(領袖與慈悲)及歷史所邱馨慧老師於荷蘭Brill出版社出版”The Colonial Civilizing Process in Dutch Formosa, 1624-1662”(荷蘭時代臺灣的殖民「文明化歷程」)均獲得很高的評價。季風亞洲團隊蘇精研究員於本校出版社出版之「基督教與新加坡華人1819-1846」並獲邀在新加坡出版簡體字版。
(4) 接續之前推出的清華厚德榮譽講座,邀請到國際知名學者演講:麻省理工學院語言學Noam Chomsky榮譽退休教授、英國學術院Craig Clunas院士、瑞士琉森大學Rudolf Stichweh校長、巴黎國家科學研究中心Georges Métailié教授以及美國華盛頓大學人類學Stevan Harrell教授。
(5) 協助人文領域爭取購置The Illustrated London News Historical Archive, 1842-2003、「中國方志庫」及「世紀期刊-中國期刊全文資料庫回溯工程:文史哲專輯、教育與社會科學綜合專輯」及「中國工業企業資料98-08年資料庫樣本」等資料庫,充實人文領域研究環境。
2. 與所設目標之差異說明
季風亞洲與多元文化之研究,由於學術專書的撰寫需要較多時間,故此一部份仍有努力空間,相信未來一、兩年將漸入佳境;而當代中國研究領域中,年度執行項目多已達本計畫設定之目標。惟近年中國台商數量增加,可研思邀請具相關經驗台商經理人至「經營中國工作坊」分享,增加實務性質的台商研究,以兼具學術與實務的連結。
3. 未來執行重點
季風亞洲與多元文化擬積極推動教育部國家重點人社研究中心─多年期跨學科計畫「季風亞洲與多元文化」,並建立國際研究團隊。不僅將整合清大文科與台灣相關領域之精英,亦將積極建立季風亞洲研究的國際社群,尤將著意培養東南亞的在地學者與學生,在當地建立長期的研究據點,確立台灣學界未來在此學門的學術領導地位,希望能透過具歷史縱深、當代關懷與前瞻思維的研究成果,扮演臺灣社會某種智庫角色。
當代中國研究則將(1)結合研究與教學;配合本校與中央研究院合辦之「中國研究學程」,繼續推動中國研究典範轉型,將「清華當代中國研究」中心整合為研究、教學與資料三位一體的中國研究,並於「台商研究」、「中國新興社會力」等領域做出貢獻,成為國內「中國研究」的後起之秀;(2)持續建置數位化、系統化的田野資料,以及圖書資料、期刊與電子資料庫的維護與增置。
|