圖：港大機械工程系教授黃明欣帶領團隊研究以其他金屬取代稀土，降低成本，維護環境的可持續發展。\大公報記者鍾怡攝

　　【大公報訊】記者鍾怡報道：金屬化合物的用途廣泛，比如質量幾乎和紙一般輕的鎂合金就常被運用於火箭製造。惟目前鎂合金主要以稀土混合鎂金屬，不但成本高，亦容易生成有害物質，危害環境。「裘槎優秀科研者獎2022」獲得者、香港大學工程學院機械工程系教授黃明欣帶領團隊研究新型輕量化鎂合金，利用其他元素取代稀土，以降低成本，維護環境的可持續發展。

　　低成本高強度高塑性

　　鎂合金是目前最輕的負重金屬，密度為1.74g/cm3，因此常被應用於航天工業，而其柔韌度高，也適用於製造手提電腦外殼。目前鎂合金主要以稀土混合鎂金屬，不但成本高，亦容易放出有害物質。

　　團隊表示，稀土元素提取困難，因此價格高昂，大約每千克幾百至上千美元；而在提取稀土元素的過程中亦會產生大量有害物質，比如每生產一千克的稀土金屬就會產生兩千千克的有毒物質，對環境傷害極大。此外，回收稀土元素也較困難。

　　為尋找稀土替代品，黃明欣及其團隊運用密度泛函理論（DFT）指導下的機器學習技術，發現了兩種稀土元素的替代品，分別是鈣和銻混合、鉍和銻混合。研究發現，將它們加入鎂金屬中，能起到和稀土一樣的效果，從而得到低成本、高強度、高塑性且不含稀土元素的鎂合金。

　　黃明欣說，團隊嘗試用不同的金屬元素與鎂元素結合，得到各種鎂合金體系，再用DFT計算其原子結構，看它們原子之間的互相作用是否能產生一種有用的位錯，從而分析、篩選出可以替代稀土元素的其他元素。「該技術亦運用了人工智能，可以加速計算過程，節省實驗時間。」

　　由於黃明欣在高性能金屬材料領域的傑出成就，他獲頒「裘槎優秀科研者獎2022」。黃明欣說，團隊下一步計劃是發現其他性能更加優越，但不含任何稀土的鎂合金。目前團隊研發的兩種稀土元素替代品與鎂混合後產生的鎂合金，強度約250兆帕（MPa），而今後的目標是維持可塑性在10%或以上的情況下，將強度提高到約400兆帕（MPa）。「我們希望其強度與現在工地用鋼的強度接近，並廣泛運用到交通工具製造中，加上鎂合金本身輕的特點，從而達到節能減排的目的。」