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2022 04.30

中科院苏州纳米所NANO-X在热迁移构建W-W双位点促进碱性电催化析氢方面取得进展

过渡金属碳化物由于碳原子嵌入钨晶格中导致其费米面附近的态密度具有类贵金属铂的电子结构，因此被理论预测在电催化析氢反应（HER）中具有类铂的催化属性。与传统的酸性HER相比，在具有大规模产氢潜力的碱性环境中，碳化钨材料的析氢性能并没有如理论预测一样，其中的一个重要原因就是金属钨的d轨道电子填充数在半填充以下，缺电子而富空轨道，这虽然非常有利于碱性HER反应底物H2O分子的吸附和解离，但是解离出的H*和OH*中间物种的脱附却异常困难。其中氢的脱附困难，导致较差的HER活性，而W-OH*的强吸附作用则会导致W位点的深度氧化形成惰性的WxOy物种，这类典型的酸性氧化钨物种在碱性环境极易刻蚀溶解，伴随而来的是活性位点的坍塌和催化活性的衰减。因此，探寻具有类铂电子结构的碳化钨催化剂，且同时具备高效的解离水和脱氢催化活性，成为未来碳化钨基碱性HER催化剂设计的关键。经过近十年的快速发展，单原子材料在均相、非均相体系中取得了远高于常规体相材料的催化活性。近来，以单原子材料作为母材，通过外界的热、光、电等因素的刺激诱导，可以合成出比母材更高催化活性的原子团簇材料。究其原因，主要是介于单原子和纳米晶之间的
2022 04.30

中科院苏州医工所在高灵敏增强拉曼传感技术方面取得研究进展

高灵敏微量气体传感在环境污染研究、人体挥发性有机物（VOCs）检测中具有重要现实意义。迄今为止，已有多种分析技术被用于气体检测，但大多存在成本高、操作复杂、分析过程耗时等缺点。表面增强拉曼散射（SERS）作为一种有力的痕量分子检测工具，可利用基底的表面等离子体共振和电荷转移效应大幅增强目标分子的拉曼散射信号，具有高灵敏、简单、快捷、无损和特异指纹识别的特点，在气体传感领域具有突出的优势。近期，中科院苏州医工所张志强研究员与孙姣姣博士研究生开发了一种具有超高灵敏性的三维玫瑰花枝状SERS基底（BigAuNP/Au/ZnO/P）。在本研究中，科研人员以化学生长与微纳加工相结合的方式在聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上制备了纳米氧化锌（ZnO）-金（Au）三维异质结构。其增强原理在于相邻纳米棒表面的金纳米颗粒（AuNPs）、同一纳米棒表面的相邻AuNPs、金层与AuNPs的结合点三处“热点”区域共同提高了电磁增强效应，Au和ZnO之间的电荷转移产生高密度电荷，形成内部电场，激发了ZnO纳米棒的化学增强效应。该SERS基底对对巯基苯甲酸（p-MBA）分子的检测限为10-13M，其增强因子高达2.27
2022 04.22

中科院金属所利用晶界弛豫效应在纯铜中突破金属纯度-稳定性倒置关系难题

现代工业越来越需要高纯金属，以更好地控制设备的材料特性和功能（如溅射靶、生物植入材料、高导电性金属等）。但高纯金属的加工和应用受到一个众所周知的问题限制：金属材料纯度越高，越容易在热和机械刺激下发生再结晶（或晶粒粗化）和塑性形变，表现出较差的热稳定性和强度。晶粒细化通常能够在不添加外来元素的前提下大幅提升金属强度，但由于高密度晶界的引入，结构热稳定性急剧降低。如何提高高纯金属的热稳定性和强度一直是研究人员和工业应用想要解决的难题。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心纳米金属材料科学家工作室团队一直致力于纳米金属材料的研究。2018年，研究团队在塑性变形制备的纳米晶纯铜和纯镍中发现了纳米晶热稳定性的反常晶粒尺寸效应，即临界尺寸以下纳米晶在塑性变形过程中以不全位错活动为主导，不全位错与晶界的交互作用可以诱导发生晶界弛豫效应，晶界能量显著降低，使得纳米晶的稳定性随晶粒尺寸减小不降反升（Science, 360, 2018）。随后，该团队研究发现纯铜、镍、银等金属纳米晶在载荷作用下的机械稳定性也存在这种反常晶粒尺寸效应（Phys. Rev. Lett., 122, 2019）。基于前期
2022 04.22

中科院金属所研制的特大尺寸铝基复合材料应用于大气环境监测卫星

2022年4月16日北京时间2点16分，国际首颗具备二氧化碳激光探测能力的大气环境监测卫星在我国山西太原卫星发射中心成功发射，该卫星在轨应用后，将实现对生态环境、气象和农业等多领域定量遥感服务能力的跨越式提升。金属所为该卫星多个载荷光学基板提供了特大尺寸铝基复合材料。基于大气探测激光雷达等载荷对特大尺寸光学基板需求，金属所马宗义团队成立攻坚小组，成功研发出特大尺寸铝基复合材料坯锭及锻件，提供了中含量与高含量两种陶瓷颗粒增强铝基复合材料，坯料外接圆尺寸为Φ1900mm、Φ970mm、Φ820mm三种规格，保证了型号研制进度，实现了特大尺寸光学基板的一体化加工制造，其中外接圆Φ1900mm的大气探测激光雷达光学基板是迄今为止在轨的最大铝基复合材料零件。铝基复合材料光学基板
2022 04.22

中科院苏州医工所董文飞团队开发近红外光响应的纳米组装体用于乳腺癌治疗

纳米技术在提高难溶性药物生物利用度、实现药物的可控及靶向性释放、整合不同的治疗模式于同一平台等方面都具有独特的优势。但是在实际应用中却面临着包括血液循环、跨血管转运、畸形的肿瘤血管、致密的肿瘤细胞外基质等在内的多种生物学障碍，导致纳米粒子主要分布于肿瘤组织外围，难以深入肿瘤内部发挥杀伤作用。近期，中科院医工所董文飞团队开发了一种由近红外光触发的粒径-电荷双转换纳米组装体，用于乳腺癌的光控化疗与免疫联合治疗。在该项研究中，科研人员组装出一种新型纳米载药体。该纳米组装体以装载化学治疗药物多柔比星（DOX）的二硒键桥连的生物可降解型介孔硅粒子（MONs）为内核，以装载有光治疗药物吲哚菁绿（ICG）的温敏聚合物N-异丙基丙烯酰胺作为外壳。首先，负电性的温敏外壳可以阻止DOX的提前泄漏、延长纳米制剂的血液循环时间；随后，在808nm近红外光作用下，ICG所产生的光热效果将促使温敏外壳发生相变而脱落，实现纳米粒表面电荷由负到正的反转；同时，ICG所产生的活性氧（ROS）可以通过打断二硒键促进内核MONs迅速降解从而产生含有DOX的小粒子（115nm到20nm）。这种光驱动电荷-粒径双转换的纳米组装
2022 04.18

中科院金属所金属材料拉伸与疲劳性能预测研究取得新进展

拉伸性能与疲劳性能是金属材料工程应用的关键指标，建立二者之间定量关系，实现金属材料不同力学性能之间关系的定量预测是金属结构材料领域重要研究目标之一。由于目前相关理论不够完善，基于微观变形与损伤机制的拉伸性能与疲劳性能定量预测模型并未建立起来。因此，虽有大量实验数据表明金属材料拉伸强度与塑性之间存在明确的倒置关系，拉伸强度与疲劳强度之间存在特定的关系，但至今仍缺乏定量模型来描述上述定量关系。因此，建立金属材料拉伸性能与疲劳性能定量预测具有重要科学意义。金属研究所张哲峰团队长期坚持材料疲劳与断裂基础理论研究，团队成员张振军项目研究员前期在缺陷与金属材料加工硬化关系方面进行了系统性研究，包括四类典型缺陷：1）零维缺陷：发现过饱和空位可提升合金的加工硬化能力；2）一维缺陷：在位错主导塑性形变的合金中实现了加工硬化能力回升；3）二维缺陷：在FeMnCAl系TWIP钢中实现随孪晶密度增加应变速率敏感性由负到正的转变；4）三维缺陷：在TWIP钢等强加工硬化材料中建立了微孔致颈缩判据。近来，在加工硬化微观机制研究基础上，张振军项目研究员提出了新的位错湮灭模型，并通过考虑初始组织状态与合金成分对加工硬化
2022 04.18

中科院合肥研究院研制的三台载荷随“大气环境监测卫星”进入预定轨道将进一步提升我国大气环境监测能力

4月16日2时16分，长征四号丙运载火箭在太原卫星发射中心升空，将大气环境监测卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。卫星上装载了中科院合肥研究院安光所自主研发的三台载荷——紫外高光谱大气成分探测仪EMI、多角度偏振成像仪DPC、高精度偏振扫描仪POSP。大气环境监测卫星是国家民用空间基础设施首批启动的综合探测卫星，由国家生态环境部牵头、中国航天科技集团有限公司八院抓总研制，是国家民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星，也是世界首颗具备二氧化碳激光探测能力的卫星。它装载了包括EMI、DPC、POSP在内的五台遥感仪器，国际上首次采用了主被动结合、多手段综合的探测体制，能够大幅提升全球碳监测和大气污染监测能力。卫星在轨应用后将显著提升生态环境、气象和农业等多领域定量遥感服务能力，助力我国实现碳中和与碳达峰、生态文明建设等国家战略，推动航天强国建设。其中，EMI仪器具有2600千米观测幅宽，最小可探测光谱波长间隔0.6纳米，通过对多种气体吸收光谱“指纹”信息的准确识别，可实现单日覆盖全球，对二氧化氮、二氧化硫、臭氧和甲醛等污染气体开展监测。DPC仪器获取的全球大气气溶胶和云的时空分布信
2022 04.18

中科院苏州医工所缪鹏课题组在ctDNA高灵敏检测方面取得进展

核酸检测的应用主要包括病原体分析、遗传疾病鉴定、肿瘤早期诊断、酶活分析等。例如，循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)是一种来源于恶性细胞的游离DNA片段，携带肿瘤特异性序列改变。ctDNA释放的确切机制目前仍未知，推测可能与濒死细胞的凋亡或坏死有关。通过对ctDNA的定量分析可以获得一系列肿瘤病灶的信息，包括基因点突变、基因组完整程度等。因此ctDNA是一种个性化的肿瘤标志物，在癌症诊断和恶性程度评估等方面能够起到关键作用。近期，苏州医工所缪鹏研究员课题组发展了一种基于环状双足DNA步行反应的电化学纳米机器，用于ctDNA等核酸指标的高灵敏分析。首先通过序列设计在DNA探针A与B之间搭建pH可控调节的分子间三螺旋DNA纳米结构，构建出可再生的修饰电极界面。随后，设计了一种简单有效的链置换策略来放大目标核酸序列的信息。通过将引物与模板序列进行一体化设计，整合于单条发夹结构DNA探针中，有效提升了反应速率，在目标核酸序列存在条件下可生成大量包含目标序列的单链DNA用于下游反应。接着，发展了环状双足DNA步行反应策略。设计的哑铃结构DNA探针环部分包含有
2022 04.15

中科院紫金山天文台在太阳射电爆发辐射机制的研究方向取得重要进展

太阳射电爆发现象是太阳高能电子活动最直接的物理表现，也是诊断太阳活动区物理状态和高能电子加速与传播过程最重要的观测手段。确定和建立正确的爆发辐射机制，是进行准确诊断的物理前提和理论基础。自上世纪50年代末以来，在太阳射电爆发辐射机制的研究中，“等离子体辐射”和“电子回旋脉泽辐射”这两种机制的长期争议一直是困扰太阳射电爆发辐射和诊断研究的主要难题。最近，中国科学院紫金山天文台“太阳和太阳系等离子体”研究团组在攻克这一难题的研究上取得了重要进展。该研究团组利用全动力论PIC数值模拟代码技术（ACRONYM），深入研究了具有低能截止幂律能谱的高能电子束在不同背景磁化等离子体参数条件下，对辐射电磁波的激发效率和相应的非线性饱和水平。研究结果显示，具有低能截止幂律能谱的高能电子束可同时有效地激发朗缪尔波和电子回旋脉泽不稳定性，该两种不稳定性分别是产生等离子体辐射和电子回旋脉泽辐射的基础。但是，在电子回旋脉泽辐射机制起主导作用的强磁化等离子体中，辐射电磁波的饱和水平远远高于等离子体辐射机制起主导作用的弱磁化等离子体中的饱和水平（见图1）。这一结果意味着，基于等离子体线性不稳定性直接放大的电子回旋脉
2022 04.15

中科院苏州医工所杨晓冬团队提出一种用于经颅磁刺激的铁芯线圈优化设计

经颅磁刺激现已广泛应用于心理认知科学、神经精神类疾病等领域的临床实验和研究中。经颅磁刺激设备中，刺激线圈的设计在颅内电场的形成过程中起着至关重要的作用。磁刺激线圈在大脑中产生的诱发电场需要达到一定的阈值才能达到刺激的目的。由于线圈表面磁场随着离线圈距离的变大迅速衰减，为了保证靶区电场刺激强度，线圈需要通以大电流，一般在数千个安培以上。在线圈中引入铁磁材料可辅助提高线圈诱发电场值，降低电流需求，但在实际使用过程中，铁芯带来的线圈的重量是一个不可忽视的问题，且位置对电磁场分布的影响也需要进一步探讨。目前铁芯大小、位置对于刺激线圈性能的影响尚未有文献研究。针对此需求，苏州医工所杨晓冬桌面磁共振波谱组提出一种基于铁芯改进的经颅磁刺激线圈结构。针对最常用的8字形线圈及slinky线圈引入铁芯，分析铁芯位置、大小对结构线圈的性能改善，通过改变线圈中铁芯的填充因子及铁芯在线圈中的位置，得出铁芯线圈诱发电场最大值、刺激深度、聚焦性及铁芯功耗的比较结果，为不同情况下在线圈中添加铁芯的方法给出参考。根据合成的品质因数，填充系数为0.4，铁芯靠近线圈的内侧时，两种铁芯线圈的总体性能最佳。最后加工设计的三个线

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