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2023 03.24

中科院广州能源研究所在地热储能方面取得新进展

《“十四五”能源领域科技创新规划》和《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，通过消纳风光等可再生能源以实现能源系统稳定输出。地热储能具有高能量储存容量和高储能效率的优势，能大规模消纳非稳定可再生能源并有效解决季节性供需不匹配问题，可作为长时储能和系统调峰的首选。地热储能主要分为岩土储能和含水层储能，岩土储能不受水文地质条件限制，含水层储能则存储温度更高、规模更大，均是国内外储能技术研究的热点。然而，现有的岩土储能和含水层储能系统都避免不了热损失或热突破导致的储能效率低的问题，限制了其大规模应用。针对地热岩土储能效率衰减问题，中国科学院广州能源研究所地热能研究室龚宇烈团队依托青岛即墨鼎泰丰中深层地热供暖站，开展了基于消纳太阳能的中深层同轴套管岩土储能技术的研究。针对地热含水层长时储能技术瓶颈，联合中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和团队，研发了基于消纳风光等不稳定间歇性能源的中深层地热含水层储/供能系统关键技术，并依托雄安新区容城领秀城地热供暖站进行了现场试验验证。在岩土储能方面，国内外研究结果表明：中深层同轴套管换热系统的传热和流动性能直接影响取热系统的供热效率，随着供暖周期增加存在热
2023 03.18

中科院金属所传统反铁电PbZrO3材料中发现亚铁电相

PbZrO3一直被认为是一类典型的反铁电材料，但由于制备和研究手段的限制，学界长期对其反铁电电偶极子的特性以及相关的铁电-反铁电相变过程缺乏直接认识，尤其对原子尺度的相关特性认识非常不足，严重阻碍了相关新型高性能储能材料的设计和研发。近年来，随着研究尺度的深入和研究手段精密性的提高，人们陆续在PbZrO3基的反铁电材料中发现了多种特殊非公度极化调制结构。此外，2021年的最新理论预测表明，在PbZrO3中可能存在一个比反铁电态更稳定的亚铁电态，且该亚铁电态可能是尚未被人们认知的反铁电和铁电物相的重要中间相，认为该亚铁电相对认识反铁电材料的物理基础极为重要。这些研究表明，PbZrO3中的电偶极子有可能与复杂的局部环境耦合，产生重新排列进而诱导出新的极化调制结构。为了对反铁电材料的基本物理性质有更系统的认识以及优化相关高性能储能材料的研发，有针对性的设计并制备材料，在原子尺度解析PbZrO3的潜在相结构与相变过程成为重要课题。　　近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部博士生姜如建同学在朱银莲研究员、唐云龙研究员等人指导下，在PbZrO3薄膜中成功观测到一种
2023 03.18

中科院苏州医工所白鹏利团队在质谱流式高灵敏单细胞检测研究中获得进展

细胞是生物结构、功能单元及生命活动的基本单位，对其深入研究有助于进一步认识生命规律。临床样本量通常很少，单细胞多指标分析对疾病早期诊断及预后、药物开发等具有十分重要的意义。为了满足对单细胞多参数分析日益增长的需求，Tanner等人提出了质谱流式细胞仪的概念。与传统的荧光流式相比，该仪器基于非光学物理检测原理与金属标签抗体识别细胞，检测通道理论上可达上百种，同时检测通道之间相互无干扰，具有高灵敏度、高稳定性及低变异系数的优点。然而目前最常见的质谱流式金属标签是基于1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸等配位基团的聚合物金属标签(MCP)，每条聚合物链上仅连有20-50个金属原子，相当于每个抗体上连有150-200个金属原子，无法实现低丰度标志物的检测。此外，MCP聚合物标签只能够与稀土金属和铋等的三价离子配位（对应约40个检测通道），超过60%的同位素通道并没有实际使用，大大制约了质谱流式在实际应用中的多指标检测能力。由此可见，提高质谱流式金属标签的灵敏度，实现低丰度细胞标志物的检测及开发新的质谱流式同位素通道，提高质谱流式多指标检测能力是当前质谱流式技术亟需解决的问
2023 03.18

中科院金属所稀土双硅酸盐的低热膨胀系数原子级结构起源研究

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiCf/SiC CMC）是下一代高推重比、大推力航空发动机热结构部件的关键材料。在发动机的严苛燃气服役环境中，必须在SiCf/SiC复合材料构件表面涂覆环境障涂层，来阻止或减缓燃气环境造成的材料腐蚀侵伤。耐高温、强耐蚀、抗热冲击的环境障涂层是先进航空发动机创新发展的核心保障技术之一。稀土硅酸盐环境障涂层是国际公认的新一代环境障涂层优选体系，其与SiCf/SiC基体的热膨胀匹配性和低热应力是决定涂层热循环可靠性的首条条件。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心陶瓷及复合材料研究部环境障涂层团队与技术支撑部透射技术组合作，将先进的积分差分相位衬度扫描透射电子显微技术（integrated differential phase contrast scanning transmission electron microscopy，iDPC-STEM）应用于稀土双硅酸盐结构的原子级成像，以高温稳定性好、热膨胀匹配优异的γ相双硅酸钬（γ-Ho2Si2O7）为研究对象，获取了其包含氧原子在内的局域结构信息；结合第一性原理分子动力学模拟高温下的原子振动轨迹和键
2023 03.18

中科院合肥研究院科学岛团队发展可视化快速检测多菌灵残留新策略

　近期，中科院合肥研究院固体所能源材料与器件制造研究部蒋长龙研究员团队，在基于光致电子转移的比率荧光传感体系，用于快速可视化定量检测环境和食品中多菌灵残留研究方面取得新进展。相关研究成果发表在国际分析领域TOP期刊Analytical Chemistry上。多菌灵是一种苯并咪唑类农药，具有广谱杀菌特征，在农业生产中应用广泛。但多菌灵在自然界中降解速度较慢，其残留随呼吸、皮肤吸收或误食进入体后，药物毒素会对肾脏造成破坏，甚至导致肾功能受损、精神恍惚等中毒症状，严重危害消费者安全。目前，国内外用于多菌灵残留检测的主要分析方法仍然局限于实验室仪器及免疫分析法等，这些方法通常存在成本高、操作复杂、耗时长等问题。因此，发展快速、低成本、特异性强、灵敏度高的多菌灵检测新方法具有非常重要的意义。　　鉴于此，研究团队基于光致电子转移（PET）机理建立了简单、高效、可靠的比率荧光传感体系，并开发了新型便携式传感平台用于多菌灵的快速可视化定量检测。该传感器由超薄石墨氮化碳纳米片（g-C3N4nanosheet）和罗丹明B（RB）构成，多菌灵通过静电作用与氮化碳纳米片反应，并由光致电子转移引发氮化碳纳米
2023 03.18

中科院紫金山天文台揭示近邻恒星周围行星逆行轨道的形成机制

　随着JWST等新一代空间望远镜投入使用，系外行星研究正逐渐由“全天搜寻”向“精细刻画”转变。中国科学院紫金山天文台季江徽课题组研究了近邻双星系统γCep特性，揭示了其周围行星逆行轨道的形成机制，研究成果发表在国际天体物理杂志《The Astronomical Journal》。　　迄今，天文学家已发现5300多颗系外行星，其中很多行星环绕在双恒星周围。在双恒星系统中，仅围绕其中一颗恒星运行的行星轨道即为“卫星型”（S-type），而同时环绕两颗恒星运行的轨道则称之为“行星型”（P-type）。近邻双星系统γCep就是一个特殊的S-type型，距离太阳系约45光年，是中国科学院提出的“近邻宜居行星巡天计划”（CHES）候选目标源之一。主星γCep A质量约为太阳质量的1.4倍，环绕其周围的行星γCep Ab是一颗类木行星，轨道半长径为2.044 AU，行星公转轨道和双星的轨道平面几乎垂直。这种奇特的逆行轨道是通过何种机制形成？如何融合多种测量数据获得行星的真实质量等均为值得关注的科学问题。　　研究人员首先考虑了γCep Ab的轨道受到伴星影响造成摄动，开展了行星系统的动力学轨道拟合
2023 03.18

中科院广州能源所联合美国科罗拉多矿业大学等在水合物晶体结构研究方面取得进展

近日，广州能源所与美国科罗拉多矿业大学等联合在国际顶级学术期刊《自然通讯》（Nat. Commun.）上发表题为Topological dual and extended relations between networks of clathrate hydrates and Frank-Kasper phases的研究成果。笼形水合物（简称水合物），通常是由非极性气体分子与水分子在高压、低温的条件下形成的类似冰的晶体物质。水合物根据客体分子尺寸的不同可以形成多种晶体结构，这些有序结构并非水合物所独有，水合物内的水分子通过氢键构成的空间网格结构与Frank-Kasper结构存在拓扑对偶的内在对应关系。这类四体密排结构在广泛的物理尺度内均有分布：小到纳米尺度的合金结构，大到介观尺度的自组装软物质。该研究发现所有水合物晶体结构均存在一个共同基本结构块，为理解水合物空间网格结构提供了新思路。在此基础上，该研究结合空间群论，对水合物晶体结构进行了全新解读，揭示了水合物晶体结构的内在隐藏对称性，并推导了多种水合物晶体结构及Frank-Kasper结构间的平滑联通路径。该论文首次提出了准晶体水合物
2023 03.18

中科院广州能源所在相变蓄热材料强化太阳能界面蒸发技术方面取得进展

太阳能-热能转换过程普遍存在于自然界中，太阳能驱动蒸发系统凭借较高的太阳能转换效率和较大的工业潜力引起了广泛的关注。太阳能驱动界面水蒸发技术于2014年被首次提出，即通过实现太阳能-热能转化在空气/液体界面的局域化，提高太阳能转化效率。近年来，伴随界面工程和系统设计的发展，界面太阳能蒸发器的蒸发效率已接近100%，远超基于整体加热蒸发的传统技术。由于太阳能自身局限性，大多数太阳能驱动界面水蒸发系统只能在白天以高效率工作，晚上则由于低效率不利于实际应用。针对这一问题，广州能源所人工环境节能技术研究室董凯军团队首先利用高导热的石墨作为基体制备了低成本高性能的相变复合材料，随后将其组装到太阳能界面水蒸发系统中，相变复合材料可以将白天过剩的太阳能以潜热的方式存储其中，在夜晚又将白天存储的潜热迅速释放出来，继续为高效界面水蒸发提供充足能量。实验结果表明石墨的加入提高了相变复合材料的光热转化能力，实现了太阳能光热直接存储；随后组装的相变蓄热材料强化界面水蒸发系统的全天水蒸发量为1.26 kg·m2，与传统的系统相比每天的产水量提高了200%，性能得到显著的提升；而基于Cosmol的数据模拟也证明了
2023 03.18

中科院紫金山天文台研究揭示原行星盘上尘埃尺寸的变化

近日，紫金山天文台分子云与恒星形成团组对尘埃尺寸在原行星盘径向的分布进行了细致研究，成果以“The Radial Profile of Dust Grain Size in the Protoplanetary Disk of DS Tau”为题发表在Monthly Notices of the Royal Astronomical Society杂志。　　原行星盘是环绕在年轻恒星周围的气体尘埃盘，是行星的诞生地。行星形成始于尘埃颗粒的生长。然而，原行星盘尘埃的生长过程会受到径向漂移，湍流和碰撞致碎裂等诸多因素的限制。因此，尘埃如何从星际环境中的亚微米尺寸逐渐生长至行星是一个尚未解决的前沿课题。近年来，阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA）的高分辨率观测显示，原行星盘普遍存在环状结构。研究尘埃尺寸在盘上的变化及其与环状结构之间的联系对理解尘埃演化、建立行星形成模型具有重要意义。　　毫米波谱指数是尘埃尺寸的关键示踪量。研究团队以原行星盘DS Tau为对象，利用ALMA 1.3毫米和2.9毫米连续谱的高分辨率成像（见图1），通过建立精细的辐射转移模型（见图2），拟合毫米波谱指数
2023 03.18

中科院紫金山天文台在下一代亚毫米波望远镜天线相位自适应稳定系统上取得突破

面向下一代高精度亚毫米波望远镜天线的建设需求，紫金山天文台天文望远镜技术实验室联合北京理工大学在相位自适应稳定系统上取得重要突破，成果于近期发表在国际仪器与测量领域重要期刊IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement。　　60米级大型亚毫米波望远镜研制可能取得突破的方向是亚毫米波自适应技术（MAO）。其中， “毫米波/亚毫米波长距离高稳定相位和功率线传输”是尚未解决的难题，导致MAO系统在环境温度变化1oC时引起误差大于300微米，远超过面形精度小于20微米的指标要求。　　针对该难题，科研团队提出了基于超高相位稳定多路光纤传输技术的新方案，研制了超高相位稳定多路光纤传输链路，在200米传输距离、10分钟内达到11飞秒(fs)的稳定性，如图1（II）所示。在此基础上，把该链路应用于一套基于天线的相位自适应稳定系统（PASS），在外场自然温度变化条件下实现了优于20微米的实时测量精度（图2），突破了“毫米波/亚毫米波长距离高稳定相位和功率线传输”的瓶颈。相比国际同类研究，本系统实时测量精度提升了1到2个数量级。　　紫台研究生梁静

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