科學(xué)家越界合作提升塗層技術(shù)
物理學(xué)家與工程師攜手合作
物理及材料科學(xué)系主任 程海東 講座教授說：「塗層技術(shù)是很有用的技術(shù)，應(yīng)用甚廣。」城大有很多學(xué)者對塗層技術(shù)素有研究，涉及的範(fàn)圍廣泛，能夠配合塗層不同的用途。製造工程及工程管理學(xué)系的科學(xué)家專注研究塗層在滑動面間摩擦、磨損、潤滑的特性和工程上的應(yīng)用；而物理及材料科學(xué)系的科學(xué)家則研究塗層在電機(jī)、光學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。前者從工程學(xué)的角度研究沉積環(huán)境與塗層特性的關(guān)係並製備塗層；後者則由材料科學(xué)的角度去瞭解塗層合成的過程、微結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)係。先進(jìn)塗層應(yīng)用研究實驗室（Advanced Coatings Applied Research Laboratory,ACARL）的成立，見證了兩個學(xué)系在推進(jìn)塗層技術(shù)上的合作。
ACARL的成立
城大於2000年獲香港特區(qū)政府創(chuàng)新科技署撥款1,000萬港元，並在工業(yè)界的贊助下，正式於2001年12月成立先進(jìn)塗層應(yīng)用研究實驗室，由製造工程及工程管理學(xué)系副教授 李國恩 博士出任實驗室主任。實驗室旨在向本地工業(yè)界推廣先進(jìn)塗層的應(yīng)用，引入先進(jìn)塗層技術(shù)以改善各種材料的摩擦、硬度、抗磨損及刮擦質(zhì)量，開發(fā)新塗層為工業(yè)界促進(jìn)科技轉(zhuǎn)移。
李國恩 博士一向致力於潤滑、塗層、表面工程和摩擦的研究。他跟物理及材料科學(xué)系的合作源於1997年。在參與一個國際研討會後李博士對塗層技術(shù)產(chǎn)生了很大的興趣，遂向物理及材料科學(xué)系的李述湯講座教授取經(jīng)，並與該系副教授IgorBello博士及李振聲博士合作進(jìn)行一項有關(guān)類金剛石的研究，該項目獲城大資助27萬港元。先進(jìn)塗層應(yīng)用研究實驗室集中於兩類塗層：硬質(zhì)塗層及固體潤滑塗層。硬質(zhì)塗層如氮化鈦膜及氮化鋁鈦因為抗磨損度高，較適合應(yīng)用於切割刀具、成形刀具、衝壓器及鑽嘴。固體潤滑塗層如摻鈦鑽石膜、摻鉻鑽石膜及摻金層二硫化膜，可改善物件的耐用度，其保護(hù)及潤滑層則可改良物件的表面質(zhì)素。固體潤滑塗層的摩擦系數(shù)低，李博士舉例說，經(jīng)過打磨的鋼的摩擦系數(shù)平均為0.2，加上塗層後，它的平均摩擦系數(shù)可降低10倍，至0.02。此外，固體潤滑塗層的潤滑特性可省卻使用液體潤滑劑，適用於塑膠模具及滑動表面。
實驗室首個由兩個學(xué)系合作的項目是有關(guān)鑽石塗層（DLCcoating）於香港製造業(yè)的應(yīng)用。鑽石塗層是固體潤滑塗層的一種，在工業(yè)上的用途廣泛，可用於塑膠、玻璃、陶瓷及金屬，因其顏色黑澤，所以亦適合用作裝飾塗層。
實驗室於2000年展開是項計劃時，日本、新加坡、臺灣、歐洲及美國等地在類金剛石技術(shù)的應(yīng)用已有10年歷史，香港卻是剛剛起步。雖然工業(yè)界對塗層技術(shù)和服務(wù)有一定的需求，可是在業(yè)界、大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)的研究和服務(wù)郤非常有限?！府?dāng)時我們便想到利用城大的技術(shù)和專門知識把薄膜製造技術(shù)從其他國家轉(zhuǎn)移到香港，配合不同工業(yè)的要求，提供塗層分析及質(zhì)量控制等服務(wù)。」製造工程及工程管理學(xué)系研究員周志烽博士說。該項目希望透過在金屬、塑膠及玻璃等材料上引入鑽石塗層，以改善它們的硬度和抗磨損及刮擦特性。
開發(fā)超硬塗層
先進(jìn)塗層應(yīng)用研究實驗室於2002年再度獲創(chuàng)新科技署撥款730萬元資助開發(fā)超硬納米複合塗層（見55頁），是項計劃同樣由兩個學(xué)系合作。兩個學(xué)系之前有關(guān)鑽石塗層於香港製造業(yè)的應(yīng)用研究，是把已發(fā)展的技術(shù)從外地轉(zhuǎn)移到香港，而這一次納米複合塗層的研究計劃則見證城大正走向塗層技術(shù)發(fā)展科技的前沿。 程海東 教授說：「我們將合作在香港開發(fā)硬度超逾40GPa（千兆帕）的納米複合塗層?！刮锢砑安牧峡茖W(xué)系的學(xué)者負(fù)責(zé)進(jìn)行各種表面分析，藉以瞭解塗層結(jié)構(gòu)、密度、形態(tài)與合成過程的關(guān)係；而製造工程及工程管理學(xué)系則研究塗層的沉積和合成，並測試其摩擦性能及在切削上的應(yīng)用?！竷蓚€學(xué)系各展所長，是一次真真正正的合作?！钩探淌谡f。
工業(yè)界表示歡迎
除了製備塗層及開發(fā)新塗層，實驗室亦為工業(yè)界提供塗層分析及測試服務(wù)。製造商為工件製備塗層之前需要測試塗層薄膜的功能及適用程度。周博士說，由於這些服務(wù)需要在設(shè)備上注入龐大的投資，對工業(yè)界來說並不符合經(jīng)濟(jì)效益，所以他們非常歡迎實驗室提供此項服務(wù)。實驗室設(shè)置了不同類型的測試設(shè)備，如劃痕和磨損試驗機(jī)、表面光潔度及輪廓測定儀及原子力顯微鏡等，評估薄膜的機(jī)械及結(jié)構(gòu)特性?！干虡I(yè)機(jī)構(gòu)很難有這麼齊備的設(shè)備，那是不符合商業(yè)原則的?！估畈┦空f。
自成立以來，實驗室已為逾100家公司提供有關(guān)服務(wù)。「我們的研究成果和研究基礎(chǔ)深得工業(yè)界的青睞與信心?！估畈┦空f。有些製造商把實驗室的塗層應(yīng)用到其產(chǎn)品上並作大量生產(chǎn)，例如一家美國製造商把實驗室提供的類金剛石薄膜應(yīng)用到所生產(chǎn)的髮剪上，大大提高了髮剪的耐用程度及功能，該公司將於今年在歐洲及美國推出有關(guān)產(chǎn)品。一般用鋼製造的髮剪的摩擦系數(shù)偏高，使用時會出現(xiàn)過熱和氧化的情況，又需要加入液體潤滑劑。類金剛石塗層可解決過熱的問題並省卻液體潤滑劑的使用，令髮剪更合衛(wèi)生要求。
未來發(fā)展
「實驗室向工業(yè)界展示所長和可以提供的服務(wù)範(fàn)圍，可以為工業(yè)界建立指標(biāo)?！估畈┦空f。除了集中開發(fā)硬質(zhì)及超硬塗層，實驗室亦不忘改良現(xiàn)有塗層的質(zhì)素，例如提高塗層的附著力等。
李博士亦計劃開設(shè)一家公司以加強(qiáng)與業(yè)界的聯(lián)繫。「大學(xué)的實驗室有大學(xué)作為後盾，較易取得工業(yè)界的信心，可是他們也認(rèn)為我們只提供研究和教育，對業(yè)界的需要並不瞭解。」李博士表示成立公司的模式在美國十分普遍，透過成立公司，既可令業(yè)界視他們?yōu)樾袃?nèi)人，又能獲得大學(xué)的研究支持，可謂相得益彰。
與工業(yè)界保持密切聯(lián)繫有助學(xué)者了解塗層在實際環(huán)境應(yīng)用時的問題和需要。李博士舉例說，如果只在實驗室內(nèi)進(jìn)行研究及測試，是不會瞭解到實際在工件上製備塗層時要先進(jìn)行的處理過程，如清洗油污等亦可能影響塗層的功能。因此學(xué)者在進(jìn)行應(yīng)用研究時，一方面要透過成立公司、提供顧問服務(wù)，甚至協(xié)助生產(chǎn)，與工業(yè)界建立夥伴關(guān)係；另一方面亦要領(lǐng)導(dǎo)工業(yè)界開發(fā)新的技術(shù)。倘若兩者能夠配合，研究工作的應(yīng)用價值便可大大提高。「如果我們只顧提供顧問服務(wù)及生產(chǎn)而沒有進(jìn)行研究，知識很快便會乾涸；但若只談研究而不談應(yīng)用，人們又不會瞭解我們的研究意義，所以兩者必須平衡發(fā)展並互補(bǔ)不足。」
香港與內(nèi)地對塗層服務(wù)的需求都有上升的趨勢。程教授說：「香港需要塗層服務(wù)的工業(yè)製品數(shù)以噸計，如模具、鑽飾、手錶、金屬製品、電池及電子產(chǎn)品等。」李博士亦指出，中國現(xiàn)正被視為世界主要製造業(yè)中心，所以也是開拓這個市場的時候了。李博士相信塗層的研究正在邁進(jìn)一個新階段，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。城大的製造工程及工程管理學(xué)系和物理及材料科學(xué)系的專門知識亦使得城大在塗層技術(shù)的發(fā)展上具有優(yōu)勢。他說：「物理學(xué)家與工程師研究的角度雖然不同，但如果找到合作的目標(biāo)和途徑，一定可以有所突破，帶來深遠(yuǎn)的影響?！?br>