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2024 07.22

中国科学院金属所团队在二维半导体的三维集成研究取得进展

近日，中国科学院合肥物质院安光所激光中心梁勖团队针对气体激光系统中电晕放电流体控制及其应用开展研究，提出一种适用于多针电晕放电场景的电场-流场耦合分析模型，揭示了多针电流体泵的流速分布特性及其受控规律，设计的电流体泵可用于超紧凑小型化气体激光系统的非机械式介质循环驱动，突破了特殊场景下超紧凑气体激光系统应用难点。相关研究成果发表于流体力学领域国际顶级刊物Physics of Fluids，并被期刊遴选为Editors Pick（编辑精选）。传统的气体激光器采用机械式循环装置形成高速介质循环，存在体积大、振动强烈、噪声严重等特点，在一些特殊应用场景以及超紧凑气体激光系统应用中并不适用；电流体动力学（Electrohydrodynamics, EHD）泵通过电晕放电产生“离子风”，具有轻量化、无振动、无噪声等优势，可在小型化气体激光系统中取代传统机械式循环装置，拓展气体激光应用。研究人员针对多针电晕放电EHD泵的流动分布特性及其流速控制问题开展研究。首先通过建立相应的物理模型，构建多物理场耦合机制，推导出适用于多针电晕放电系统的非线性稳态电流体简化方程；其次针对流速剖面的非线性微分方程边值
2024 05.20

中国科学院苏州纳米所研究团队在变形织物驱动器研究方面取得新进展

智能主动变形织物是一种新兴的功能材料，在可穿戴织物中具有广阔的应用前景，例如可以自发调整形状增加穿戴舒适度，或是作为助力设备帮助人类更轻松地提起重物。智能变形织物的运动可由多种方式触发，其中由电化学离子触发的变形织物与其它方式相比具备可控性好、变形程度大、电压低、响应快以及热效应不明显等特点，在可穿戴设备中有重要的应用潜力。然而开发电化学驱动变形织物受到液态工作环境的约束，挑战极大。中国科学院苏州纳米所邸江涛等人最近报道了一种利用电化学驱动仿生肌肉纤维编织而成的主动变形织物。该织物具有驱动电压低和响应速度快的特点，并且可以脱离液态环境在空气中稳定工作。控制织物中的不同区域纤维作动，可以实现织物的整体及局部主动变形。研究者初步展示了该电化学驱动主动变形织物在可穿戴助力织物中的应用潜力。以碳纳米管（Carbon Nanotube,CNT）复合纤维作为仿生肌肉纤维的原材料。首先他们发展了仿生肌肉纤维的连续制备技术，通过控制不同阶段中喂线、加捻与收卷等部分之间的相对速度，连续制得了米级长度的芯-鞘复合CNT@nylon螺旋纤维（图1a-f）。该纤维结构均匀，且具有优异的柔韧性与可编织性，在编织
2024 05.20

中国科学院金属所研究团队在铁电材料中发现极化布洛赫点

布洛赫点是矢量场中的奇点，其周围的矢量朝向空间中的各个方向。早在20世纪60年代，就有学者在磁性材料中预测磁化布洛赫点的存在。它们在涡旋的翻转、斯格明子的形成与湮灭等过程中扮演了重要的角色，是联系经典磁学和量子磁学之间的桥梁。在磁性材料中直接观察到磁化布洛赫点是一件非常困难的事情；而在铁电材料中，仅有少数理论工作预测极化布洛赫点会在特定条件下出现。近日，中国科学院金属研究所和松山湖材料实验室等单位的科研人员组成的研究团队在铁电材料中发现极化布洛赫点(Bloch point)。这一发现是继通量全闭合阵列(Science 2015)、半子晶格(Nature Materials 2020)、周期性电偶极子波(Science Advances 2021)之后，该研究团队在有关铁电材料拓扑畴结构方面的又一项重要突破，丰富了极化拓扑畴结构家族，也为探索基于铁电材料的高密度信息存储器件提供了新思路。2024年5月10日，Nature Communications以“Polar Bloch points in strained ferroelectric films”为题在线发表了该研究成果。该研究团
2024 05.20

科学岛团队发现1T-TaS2晶体绝缘态的二象性

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心曹亮副研究员与国内多所大学和研究机构合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）的多功能物性测试系统，在范德瓦尔斯层状结构的晶体研究中，通过引入层间平移自由度，为材料物态的有效调控提供了一种“纯净”的新策略。相关成果发表在国际综合性期刊Nature Communications上。过渡金属硫族化合物是一种典型的范德瓦尔斯层状材料，具有强的层内相互作用和弱的层间相互作用。近年来，TaS2兼具莫特(Mott)绝缘态、电荷密度波(CDW)和超导态等丰富物态，是探究关联拓扑电子及其演变的理想材料。在过去的40年中，1T相TaS2(1T-TaS2)绝缘态的本质是一个长期存在争议的问题。目前有两种主要的观点：一种认为起源于能带绝缘态，另一种认为是由电子-电子关联主导的莫特绝缘态。为了厘清此问题，需要对层间相互作用的强度进行调制。然而，目前在不通过引入外来原子(分子)情况下，单纯地调制层间相互作用仍是一个巨大的挑战。研究团队另辟蹊径，在1T-TaS2单晶中创造了周期性的层间横向滑移，并首次使用“阶梯状堆叠构型”(laddering configuration, LC
2024 05.20

中科院金属所等离子体CVD技术构筑金刚石-石墨材料取得新进展

共价金刚石-石墨材料，集合了金刚石和石墨的性质优势，能够实现超硬、极韧、导电等优越性能组合，在超硬和电子器件领域极具研究和发展价值。由于金刚石-石墨共价界面能高，目前主要通过高温高压方法来活化碳原子，实现该材料的构筑。等离子体化学气相沉积（CVD）是金刚石面向功能应用的主要发展方向，借助CVD技术构筑共价金刚石-石墨材料，并探索金刚石和石墨两相界面的新奇物性受到研究人员的关注。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心黄楠研究员团队与国外学者合作，利用等离子体CVD技术制备了共价金刚石-石墨材料，并基于该材料开展了限域双电层电容（Advanced Energy Materials 2023,13,2300716）和高效电催化（Advanced Energy Materials 2023,13,2301749）研究。近期，该团队进一步揭示了等离子体CVD构筑共价金刚石-石墨材料的生长机理，数值仿真结果表明，设计的限域陶瓷样品台促使等离子体电子密度增加至1.46 × 1017m-3，为原来的2.7倍，为活化碳原子并以石墨形式与金刚石共价连接提供能量。透射电子显微镜表明金刚石()面和石墨(
2023 12.21

墨子巡天望远镜发现首批近地小行星

2023年11月22日，国际小行星中心（MPC）发布公告确认墨子巡天望远镜（WFST）新发现两颗近地小行星——2023 WX1和2023 WB2，这是墨子巡天望远镜发现的首批近地小行星。近地小行星2023 WX1和2023 WB2均是11月18日首次观测到，发现时的视亮度分别为20.8等和21.0等，视运动速度分别为0.513度/天和1.006度/天。累积了多个观测站的观测数据后，2023 WX1和2023 WB2的初轨已经确定，分别为Apollo和Amor型近地小行星，其中2023 WX1与地球的最小轨道交会距离为0.0416天文单位，预估直径约170米，是一颗潜在威胁小行星（PHA）。图1 近地小行星实测图像（方框中为近地小行星，左：2023 WX1，右：2023 WB2）墨子巡天望远镜是中国科学技术大学“双一流”学科平台建设项目，是中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台联合研制的大视场光学成像望远镜，已于2023年9月17日发布首光图像，是冷湖天文观测基地第一个投入运行并开展天文观测研究的大型设备。太阳系天体普查是墨子巡天望远镜的主要科学目标之一，墨子巡天望远镜在首光后开展了太
2023 12.21

中国科学院紫金山天文台发布近邻宜居行星巡天计划（CHES）仿真平台

中国科学院紫金山天文台科研团队围绕空间探测任务近邻宜居行星巡天计划（Closeby Habitable Exoplanet Survey, CHES）开展了先期研究，搭建了一个基于Python的仿真平台，其中包含行星轨道参数反演、卫星观测视场仿真、观测策略与方案仿真等内容。相关研究成果作为封面论文（图1）发表在Research in Astronomy and Astrophysics(RAA)。近邻宜居行星巡天计划（CHES）由紫金山天文台领衔的科研团队提出。该计划将发射一个1.2米口径的空间望远镜, 通过微角秒级的相对天体测量方法探测围绕100颗近邻类太阳型恒星（距太阳系约 32 光年）的宜居带类地行星。该计划是具有原创性技术路线的“中国方案”，相关研究将回答“地球是否唯一”及“行星如何成为生命摇篮”等重大科学问题。随着天文学的发展，高精度的天体测量技术及时空基准的建立对于基本天文学研究尤其重要。国际天文联合会（IAU）在对于时间、空间、坐标系、地球姿态等问题进行了多次的定义、讨论与统一后，发布了多项决议以协调解决相关问题，为天文学家在基本天文学研究中所需要的各项参数提供了关键算法
2023 11.30

中国科学院科学岛团队在超痕量汞细胞生物传感器的研发方面取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院吴李君团队与皖南医学院陈少鹏团队合作在超痕量汞细胞生物传感器研发方面取得新进展，相关研究成果发表在环境期刊Environmental Science Technology上。环境中超痕量的汞即可通过食物链富集影响人们的健康。传统的超痕量汞的检测方法依赖于大型分析仪器，成本高、费时费力，且需要在专门的实验室由专业的人员操作。汞的全细胞生物传感器操作简便，但灵敏度低（ppb级）、特异性差且检测时间长。针对以上问题，该合作团队运用定向进化技术，对汞生物传感器感知模块的核心元件-汞响应蛋白（MerR）进行改造，通过高通量筛选，获得高性能的MerR突变体。该突变体特异性的感知超痕量的汞（ppt级），并迅速启动下游报告基因GFP的表达，产生可检测的荧光信号，大大提高了汞细胞生物传感器的性能。为了摆脱对大型分析仪器的依赖，简便现场的检测方法，该合作团队串联报告基因模块，并对其上游5’端非翻译区序列进行改造，产生了荧光信号更强的可视化全细胞生物传感器2GC。该传感器可以通过肉眼观察，定性的检测汞的污染。结合手机成像和图像处理软件，2GC全细胞生物传感器完成了对海产品、土壤、
2023 11.30

中国科学院科学岛团队在过氧化氢电合成及生物质升级方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部环境与能源纳米材料中心团队在常温常压电催化合成过氧化氢及生物质氧化升级方面取得新进展，制备了负载在碳纳米纤维上的氧配位Fe单原子/团簇催化剂（ FeSAs/ACs-BCC），实现高效电催化两电子氧还原反应合成过氧化氢，并与电芬顿反应偶联实现乙二醇的氧化升级。相关成果发表在Angewandte Chemie International Edition上。过氧化氢（H2O2）是全球100种最重要的化学品之一，在环境、能源以及医疗健康等领域中得到了广泛应用。传统的工业生产H2O2主要是通过能源密集型的蒽醌循环工艺，该过程需要投入大量能源并且会产生有机废物。而电催化两电子氧还原反应（2e-ORR）合成H2O2可在常温常压下进行，且以水和氧气作为原料，被认为是一种绿色、高效的H2O2合成技术。尽管具有这些优点，但该技术仍然需要高活性、高选择性的电催化剂来活化氧分子，并通过抑制4e-ORR的竞争反应来获得高的H2O2产率。此外，目前对电催化合成的H2O2的原位利用也缺乏有效手段。在电芬顿反应中，阴极产生的H2O2在酸性条件下可以与Fe2+反应
2023 11.30

中国科学院苏州纳米所黄洁副研究员等CEJ：生物3D打印构建乳腺癌-血管-骨共培养模型用于体外研究乳腺癌骨转移和药物敏感性

乳腺癌骨转移是晚期乳腺癌最常见的并发症之一，乳腺癌骨转移后常伴随着骨疼痛、脊神经压迫和病理性骨折等并发症，进一步加重患者的病情，但是传统的2D细胞模型和实验动物模型都难以真实模拟乳腺癌细胞通过血管转移至骨的全过程，导致临床前药物筛选的准确率较低。近期，中国科学院苏州纳米所黄洁副研究员等为了模拟和深入考察原发肿瘤通过血管到达骨微环境的动态转移过程，采用“一步法”生物3D打印技术构建了由肿瘤、中空血管和骨组织组成的三维仿生共培养转移模型，并且将其应用于抗肿瘤药物的药效测试评估（图1）。图1.“一步法”生物3D打印构建乳腺癌-血管-骨转移模型科研人员利用甲基丙烯酰基明胶分别和乳腺癌细胞（MDA-MB-231）、人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和成骨细胞（h-OB）混合后进行载细胞生物3D打印构建了乳腺癌-血管-骨共培养模型。该共培养模型高度模拟了原生肿瘤的转移微环境；在中空血管结构的管腔中形成了致密的血管网络并且血管网络能够延伸至相邻的肿瘤和骨组织中，重现了血管化组织的形成过程（图2）；再现了乳腺癌细胞从原发部位通过血管向骨组织的动态侵袭行为（图3）。此外，血管化共培养模型能够进一步促进肿瘤

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