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2025 03.05

《自然》杂志发表科学岛团队联合国内外团队提出新策略提升电介质储能性能

基于电介质材料的储能电容器具有超快充/放电速率和高可靠性，已成为高功率设备的重要组成部分。近期，中国科学院合肥物质院固体所团队杨兵兵研究员与清华大学林元华教授、南策文院士、松山湖材料实验室马秀良研究员以及澳大利亚卧龙岗大学张树君教授等合作开展了反铁电储能研究，提出极化构型阻挫设计新策略，提升了反铁电体储能性能，相关研究成果发表在《自然》杂志(Nature）上。反铁电材料，因其具有反平行极化构型，在电场作用下能发生反铁电到铁电的相转变，展现出近零的剩余极化值和高极化强度，是电介质储能材料的理想选择。然而，其较低的反铁电-铁电相转变电场以及铁电态的高回滞损耗，一直限制着能量密度和效率的提升。针对这一问题，研究人员在深入分析反铁电材料物理机制的基础上，提出了一种新的极化构型阻挫设计策略。他们通过在反铁电中引入非极性或极性组分，成功调控了反铁电-铁电相变场与回滞损耗。理论研究表明，构建局部阻挫微区导致极化不连续，诱导产生界面净电荷，形成了局部的内建电场。对于非极性微区阻挫的反铁电（A-N）结构，内建电场降低了反铁电区真实电场强度，从而延迟了反铁电-铁电相转变。撤去电场后，无自发极化的非极性区通
2025 03.05

科学岛团队开发叶脉仿生超结构液态金属光热致动器

近期，中国科学院合肥物质院固体所田兴友研究员和张献研究员团队，受植物叶脉和叶肉结构的启发，利用激光刻蚀在液态金属/低膨胀聚酰亚胺（LM@PI）薄膜上加工出超结构，并通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装，成功制备了LM@PI/PDMS光热致动器。该策略有效解决了光热致动器在承载性能与响应速度之间难以兼容的问题，相关成果表在材料类TOP期刊Advanced Materials上。基于不对称热膨胀原理的光热致动器，其响应速度、形变程度和承载性能之间存在固有的矛盾。轻薄的光热致动器响应速度足够快，形变量足够大，但是强度小，几乎不能承重。厚重的光热致动器具有不错的承重性能，但是响应速度和形变程度又会大打折扣。为解决这一问题，液态金属光热致动器应运而生。与传统光热材料（如碳材料、贵金属纳米颗粒等）不同，液态金属（LM）微球在赋予聚合物光热特性的同时，并不会显著提高聚合物的强度。尽管液态金属具有诸多优势，但单纯引入LM微球对光热致动器的性能提升仍然有限。植物叶脉作为输送营养、无机盐和水分的微管束，不仅能够支撑叶片，还能控制其形态；而薄叶肉则有效减轻叶片质量并降低弯曲阻力。基于这一自然原理，研究团队设计
2025 03.05

苏州纳米所詹高磊研究员与合作者在纯有机框架莫尔异质结制备中取得重要进展

近期，中国科学院苏州纳米所詹高磊研究员与合作者在纯有机框架莫尔异质结制备中取得重要进展，实现了直接通过单体缩聚制备大面积转角一致的共价有机框架（COF）莫尔超晶格。相关成果以Moiré two-dimensional covalent organic framework superlattices为题，发表在《自然·化学》(Nature Chemistry) 。图1.双层共价有机框架的制备及莫尔超晶格调控示意图从可灵活设计的分子前驱体出发合成高度有序的二维聚合物是设计晶格、轨道和自旋对称性的一种有用策略。研究团队此前通过固-液界面扫描隧道显微术（STM）在分子尺度原位分析了单层二维聚合物的动态聚合与结晶过程，揭示了传统手段难以测量到的成核生长速率与晶界迁移规律（Nature 2022,603,835）。与其他二维材料类似，二维聚合物有序堆叠成双层可能会产生在单层材料中不具备的独特光电、电荷传输和磁性性能，然而，控制二维聚合物的层间堆叠仍面临较大的挑战。此项研究表明，分子官能团的设计、衬底的选择以及混合溶剂的调控都是影响层间堆叠方式的重要因素。二甲基亚砜增加了单体的溶解度，而1,2,4-
2025 03.05

纳米所极小尺寸纯铂的晶粒几何形状与稳定性关系研究取得进展

在热涨落或外力的作用下，晶界的迁移速率𝑉取决于晶界运动能力M、晶界平均曲率H和晶界能量γ，其关系为V=M*H*γ。原则上，稳定的晶粒堆垛要求晶界上各点的表面张力保持矢量平衡。长期以来，Kelvin猜想由于具有极小面条件及棱边、顶点处表面张力处于平衡状态的特点，被认为是一种合理的解决方案。根据该猜想搭建由截角八面体晶粒组成的多晶材料，一直被认为是金属中唯一可能的稳定形状，这种结构被称为Kelvin晶体。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心李秀艳研究员团队将纯Pt晶粒尺寸细化至极小尺度时，首次在实验上发现并证实纳米尺度下Kelvin晶体的存在，并证明具有极小面晶界网络的Schwarz晶体是一种比由截角八面体晶粒堆垛的Kelvin晶体更稳定更普遍的亚稳态结构。相关工作以“Effect of Grain Geometry on the Stability of Polycrystalline Pt at the Nanoscale”为题发表在Physical Review Letters期刊上。该团队通过冷轧和低温高压扭转两步变形法，将纯Pt平均晶粒尺寸分别细化至4 nm和2-
2025 03.05

紫金山天文台等观测到高能宇宙射线费米加速的单步过程

近期，中国科学院紫金山天文台联合中国科学技术大学等在高能宇宙射线费米加速的实验室研究方面取得重要进展。研究团队利用上海“神光II”高功率激光装置，首次观测到磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”的单次反射加速过程产生的准单能离子，研究成果以 “Laboratory observation of ion drift acceleration via reflection off laser - produced magnetized collisionless shocks” 为题，于2025年2月12日在线发表于《科学进展》（Science Advances）。无碰撞冲击波是宇宙中最强大的粒子加速器。带电粒子在无碰撞冲击波上下游之间反射时会获得加速，上下游之间多次循环加速产生了幂律谱的高能宇宙射线。最早由费米提出的这种磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”被认为是宇宙中高能带电粒子的主要加速机制。在进入“费米加速循环”之前，带电粒子必须被预加速到足够大的回旋半径以实现在磁化无碰撞冲击波上下游之间反射。因此，学术界提出了一些预加速机制解决这个“注入问题”。然而由于空间探测的不足，对无碰撞冲击波的
2025 03.05

科学岛团队采用电子密度调控策略提升磁性催化剂的肿瘤治疗效果

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员与张欣研究员课题组合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术，成功研发了一种新型的碳包覆铁酸镍（NFN@C）纳米催化剂，并展现了其在抗肿瘤治疗中的强大潜力。相关研究成果已发表在Advanced Functional Materials 期刊。该研究通过将镍元素掺入Fe3O4的晶体结构中，设计出了一种具有碳包覆层的铁酸镍纳米催化剂（NFN@C）。镍的掺入显著调节了纳米催化剂的电子结构，优化了其催化性能，使得该催化剂在肿瘤微环境中能够更高效地催化过氧化氢（H2O2）转化为羟基自由基（·OH），从而提升化学动力学治疗（CDT）的效果。通过电子顺磁共振测量技术，研究团队观测到了·OH的特征峰，并发现镍掺入后·OH信号增强，这进一步证实了电子密度调控对提升NFN@C芬顿（Fenton）反应效率的积极作用。此外，NFN@C在近红外二（NIR-II）光照射下还展现出卓越的光热转化能力，为肿瘤治疗提供了光热治疗（PTT）与CDT的协同作用，增强了其抗肿瘤效果。研究团队还通过理论计算深入分析了镍掺入对NFN@C纳米催化剂电子结构的影响。计
2025 03.05

科学岛团队研发高光强荧光材料实现血清胆红素的高灵敏检测

近期，中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件研究部蒋长龙研究员团队在可视化荧光检测方面取得新进展。该团队设计了一种基于上转换纳米颗粒的双模态传感平台，结合荧光和比色法，能够在复杂生物样本中实现高灵敏度、低检测限的胆红素检测。通过与智能手机的颜色识别功能相结合，该平台提供了便捷、快速的临床检测方案。相关研究成果已发表于Analytical Chemistry，为早期黄疸诊断提供了新的技术途径。黄疸是一个重要的健康问题，尤其是在新生儿中。它是新生儿早期死亡的主要原因之一，会影响60%的新生儿。游离胆红素水平过高通常表明黄疸的存在。胆红素是血清素分解代谢过程中形成的降解产物。在健康个体中，血液中的游离胆红素水平一般在1.7 μM至10.2 μM之间。在黄疸情况下，胆红素水平异常升高，但如果浓度低于32 μM，则不会在患者中表现出典型的黄疸症状。因此，快速、准确地检测新生儿和黄疸患者血清中的胆红素十分必要。上转换纳米粒子（UCNPs）由于其出色的消除背景荧光干扰能力，更适合检测复杂生物样品中的小分子。然而，UCNP固有的低发光强度及量子产率限制了其上转换发射强度，从而限制了它在生物检测中的应
2025 03.05

科学岛团队基于三维分布界面异质诱导策略制备高效Sb2S3太阳电池

近日，中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件制造研究部王命泰和陈冲研究员团队在三硫化锑（Sb2S3）太阳电池研究方面取得重要进展，提出了三维分布界面硒化铅（PbSe）诱导Sb2S3结晶及界面能带优化的策略，实现了Sb2S3太阳电池高效的光电转换效率（8.06%）。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials上。当前，太阳电池大规模应用的瓶颈仍在于缺乏低成本、高效及稳定的光电转换材料体系和器件。与钙钛矿太阳能电池相比，Sb2S3太阳能电池在无毒性和稳定性方面具有显著的优势。然而，它们的功率转换效率普遍在6%-7%左右，其效率仍亟待提高。其中一个主要原因是，一维生长特点的Sb2S3晶体取向难以控制，使得光生电荷有效传输效率受到严重影响。为此，研究团队提出了三维分布界面异质诱导Sb2S3薄膜取向结晶的策略。通过在三维分布的电子传输材料（ETM）通道表面引入PbSe纳米颗粒薄膜，诱导Sb2S3薄膜的[hk1]方向择优取向结晶，同时实现ETM/Sb2S3界面缺陷的双向钝化与能带结构优化。最终获得了8.06%的电池能量转换效率，这也是Sb2S3体型异质结太阳能电池
2025 03.05

SHMFF助力科研团队首次直接观测到双磁振子束缚态玻色-爱因斯坦凝聚

近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户南方科技大学吴留锁、梅佳伟团队与浙江大学汪臻涛、中国人民大学于伟强、澳大利亚核子科学与技术组织（ANSTO）于德洪等国内外学者合作，利用SHMFF所属多频高场电子自旋共振谱仪（MFHF ESR），在三角晶格自旋阻挫量子磁性材料Na₂BaNi(PO₄)₂的研究中取得了重要突破，首次直接观测到双磁振子束缚态的玻色-爱因斯坦凝聚。相关研究成果发表在国际期刊Nature Materials上。基于费米子配对凝聚形成的超导体是凝聚态物理的重要研究对象。因此，研究量子材料中准粒子的配对行为以及准粒子对相干而产生的相变，是理解包括超导等宏观量子现象机理的重要基石。与费米子类似，量子材料中自旋的集体激发—自旋波（磁振子）作为玻色子，也可以在温度、磁场等调控手段下发生凝聚相变而产生全新的物态。理论上，双磁振子（two-magnon bound state）配对后，作为一类全新的玻色子集体激发，在量子材料中会与常规的单磁振子共存，并在特定条件下比单磁振子更早地发生凝聚相变，从而产生自旋向列序这一类“隐藏序”。然而，无论是双磁振子凝聚相变，还是自旋向列序，迄今没有直
2025 03.05

天关捕捉到高红移伽马射线暴EP240315a——为早期宇宙的研究打开新窗口

天关（爱因斯坦探针，EP）卫星开启了一扇探索遥远宇宙的新窗口，有望让我们以全新视角观察宇宙中最遥远的爆发现象。距发射后仅三个月，EP便成功探测一例神秘的快速X射线暂现源。对此进行的深入分析表明，我们可能需要对伽马射线暴这一壮观的宇宙爆发现象的产生机制进行重新审视与思考。EP卫星由中国科学院主导，携手欧洲航天局、德国马普地外物理研究所以及法国国家空间研究中心共同打造。2024年1月9日，卫星在西昌卫星发射中心发射，卫星上搭载一台宽视场X射线望远镜“万星瞳”（WXT）和一台后随X射线望远镜“风行天”（FXT），WXT负责广域监测宇宙中出没无常的X射线暂现源，FXT负责对WXT发现的暂现源做更为精细深入的后随观测。2024年3月15日20时10分44秒，WXT以其敏锐的“目光”和宽达3600平方度的广阔视野，在软X射线波段捕捉到了一例爆发事件的微弱脉冲信号。该爆发被命名为EP240315a，其亮度存在快速波动且持续超17分钟后才逐渐消失。中国科学院国家天文台的刘元研究员为该论文的共同第一作者。他同时也设计了WXT的星载触发软件并有幸见证了这一算法完美运行的时刻。在该爆发的X射线信号被探测到1

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