Monday, March 24, 2025

探索材料之美:串珠 Perovskite 結構模型

探索材料之美:串珠 Perovskite 結構模型

在 2015 年的 Bridges 會議上,金必耀與左家靜帶來了令人著迷的數學藝術作品。其中一件名為 鈣鈦礦結構(The perovskite structure) 的串珠模型, 以其色彩分明的結構和對重要材料科學概念的視覺化呈現,引發了人們對微觀世界的好奇。

這件 鈣鈦礦結構 模型尺寸為 16 x 16 x 16 厘米,於 2014 年 使用 空心玻璃珠 (tubular glass beads) 製作而成。這個模型以 兩種不同的顏色 的空心管狀珠子構成,呈現了一個 2x2x2 的晶胞結構

什麼是 Perovskite 結構呢?

在材料科學中,鈣鈦礦 (perovskite) 指的是 具有特定晶體結構的一類材料 。其名稱源於最早發現的礦物——鈣鈦礦 (CaTiO₃)。更廣泛地說,具有鈣鈦礦結構的化合物通常具有通式 ABX₃,其中 A 和 B 是不同尺寸的陽離子,而 X 通常是陰離子(如氧化物或鹵化物)。

關鍵在於這些離子的排列方式: 鈣鈦礦結構可以視為由 八面體 (octahedrons)立方八面體 (cuboctahedrons)1:1 的比例 在三維空間中 均勻且密鋪 (space-filling tessellation) 而形成的。金必耀與左家靜的模型使用了兩種不同顏色的空心管狀珠子來建構這個結構.

金必耀與左家靜的模型正是對這種微觀排列的宏觀呈現。他們使用不同顏色的空心管珠來代表不同的結構單元,清晰地展示了八面體和立方八面體如何交織在一起,形成一個重複的、空間填充的整體。

Perovskite 材料的重要性:

值得一提的是,鈣鈦礦材料在近年來引起了科學界的廣泛關注。這是因為它們在諸如太陽能電池、發光二極體 (LEDs)、感測器和催化劑等領域展現出優異的性能。特別是在太陽能電池領域,鈣鈦礦太陽能電池因其製備成本低、效率高等優點,被認為是下一代太陽能技術的有力競爭者。

透過金必耀與左家靜的這個串珠模型,我們不僅能夠欣賞到一件精美的藝術品,更能直觀地理解鈣鈦礦這種重要材料的基礎結構。它展示了科學概念如何透過藝術的媒介變得更加具體和易於理解,也讓我們對構成我們周圍世界的微觀結構產生更深的認識。藝術與科學的結合,往往能開啟我們探索未知世界的新視角。

這件作品再次印證了空心管珠是構建由剛性結構單元(如八面體和立方八面體)組成的多面體複合體的理想材料。金必耀與左家靜持續探索利用傳統的串珠技術來呈現奈米級無機化合物和非分子晶體固體的空間排列。他們的作品不僅具有藝術價值,也為科學教育提供了一種新穎而有趣的方式。

欲了解更多關於 Bih-Yaw Jin 和 Chia-Chin Tsoo 在 2015 Bridges 會議上的作品,請訪問 Bih-Yaw Jin & Chia-Chin Tsoo | 2015 Bridges Conference | Mathematical Art Galleries

No comments: