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2025 10.03

金属所抗热腐蚀高温合金成功应用于“太行110”重型燃气轮机

9月8日，国内功率最大的国产商业投运重型燃气轮机“太行110”首台套商业机组在中国航发燃机制造装试基地出厂，这标志着我国自主研制的110兆瓦级重型燃气轮机正式迈入商业化应用新阶段。该燃机采用了金属所高温合金研究部周兰章研究员团队研制的、具有自主知识产权的多种抗热腐蚀镍基高温合金材料用于制造其关键热端部件。“太行110”是中国航空发动机集团有限公司研制的国内功率最大的国产110兆瓦级重型燃气轮机，是国家能源局首批燃气轮机创新发展示范项目。金属所多种抗热腐蚀镍基高温合金成功应用于“太行110”全部的四级涡轮导向叶片、四级工作叶片以及涡轮整流支柱等关键热端部件，并已通过单台机组累计7000余小时的运行考核，展现出优异的耐高温、抗热腐蚀性能和长期组织稳定性。在工程化应用过程中，周兰章科研团队攻克了多项关键技术难题：包括高铬钨钼合金化基体在高温条件下组织失稳导致的长时力学性能下降问题；熔体浇注过程中多元复合稀土易氧化造成的铸件夹杂物超标（“满天星”现象）；以及大尺寸复杂空心结构导致的显微疏松严重、合格率低等制造瓶颈。团队还创新性地将平均电子空位数临界值Nv纳入国内等轴晶镍基高温合金技术标准，从材
2025 10.03

科学岛聚变堆遥操作系统测试平台研制成功

9月15日，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。经实验现场测试鉴定，该系统包层维护机器人负载60吨，环向转运精度正负3.1毫米，垂直吊运精度正负3.8毫米；重载机械臂负载2.5吨，灵巧双臂末端重复定位精度正负0.01毫米，是目前聚变领域综合参数水平一流的遥操作系统。包层和偏滤器等堆芯部件在运行过程中受高热负荷、强磁场和中子辐照等极端工况耦合作用，容易出现损伤，必须借助机器人系统进行远程维护。尽管工业机器人技术发展迅速，但无法同时满足耐辐照、超大负载、高精度和灵活作业等堆芯部件维护需求。该遥操作系统测试平台的建设，旨在解决聚变堆强辐射和狭小空间下超大部件高精度检修维护这一技术瓶颈，为未来聚变堆稳定运行与商用化推进提供了核心工程验证平台。针对堆芯部件快速维护这一技术挑战，项目团队在材料、结构、感知、控制和可靠性等方面进行技术攻关，解决了极端环境下大型机器人结构复杂、变形大，与聚变堆高可靠性、高精度维护需求之间矛盾，首次验证了大模块包层高精度快速更换和偏滤器靶板正面维护的工程可行性，进一
2025 10.03

苏州纳米所在尼龙气凝胶制备与热机械加工领域取得重要突破

气凝胶作为一种超轻、高孔隙率、优异隔热性能的多孔材料，在能源、环境、航空航天等领域具有广阔应用前景。然而，传统气凝胶材料（如无机、碳基、芳纶等）虽具备优异的力学与热学性能，却因骨架刚性高、缺乏热塑性，难以进行热切割、热焊接、热封装、热压印等热机械加工，极大地限制了其结构设计与功能化应用。能否开发出一种既具备高性能又具有良好热塑性的气凝胶材料，成为该领域亟待解决的关键科学问题。针对这一挑战，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同团队联合上海大学张阿方团队提出了一种溶解度-pKa耦合效应（Solubility-pKa Coupling Effect）新策略，成功制备出一系列高性能热塑性尼龙气凝胶，并实现了其多功能热机械加工。该工作以Solubility-pKa Coupling Effect Tailored Nanoporous Nylon Aerogel Family with Multiple Thermomechanical Processes为题发表在Advanced Materials上。示意图：基于溶解度参数-pKa耦合效应构建的纳米多孔尼龙气凝胶家族示意图，展示其热塑
2025 10.03

科学岛团队在梯度浓度激光晶体元件制备及激光性能方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院安光所张庆礼研究员团队与江海河研究员团队合作，在梯度浓度激光晶体研究中取得新进展。团队创新设计了高对称性梯度浓度激光晶体元件，为双端泵浦激光技术提供了新型增益介质，有效改善了热效应，优化了激光性能。相关研究成果以《用于双端泵浦的高对称性梯度浓度0.17-0.38-0.17 at% Nd:YAG晶体元件》为题，发表在光学领域国际知名期刊Optics Express上。在固体激光技术中，激光增益介质的热效应是限制激光性能提升的技术瓶颈之一。激光运转过程中晶体元件温度分布不均匀是产生热效应的主要原因。目前，改善激光晶体热效应的方法主要包括优化晶体形状、调整泵浦模式以及改进冷却方式等。研究团队前期通过类泡生方法生长了不同梯度浓度Nd3+掺杂的激光晶体，并对单端泵浦的梯度浓度晶体进行了激光性能和光谱性能研究，研究结果证实梯度浓度激光晶体可有效提高泵浦吸收的均匀性，改善热效应。为了进一步优化热效应，本研究创新研制高对称性梯度浓度晶体元件，结合双端泵浦方式，实现晶体元件的温度均匀性和激光性能的提升。高对称性梯度浓度晶体元件是由两支浓度变化率相同的元件通过高温键合而成，元件的
2025 10.03

苏州医工所在高灵敏度多光谱功能光声显微镜研制中取得新进展

光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）凭借光/声共聚焦实现细胞级、无标记活体成像，但长期受制于“光源昂贵、红光信号弱、声光耦合效率低”三大问题，限制了其在更深、更快、更广谱成像中的应用。具体如下：（1）在光源部分，≥kHz高重频、≥百纳焦能量、可多波长切换的商业化激光器稀缺且成本高；（2）在红光谱区灵敏度方面，600 nm 血红蛋白与常用染料吸收下降，导致信噪比与成像深度受限；（3）在声光耦合方面，传统耦合器要么装配复杂、要么灵敏度不足，难以兼顾带宽与数值孔径。基于以上问题和挑战，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队推出高灵敏度多光谱光学分辨率光声显微镜（MW-OR-PAM），以“光源—探头—对比增强”三位一体设计，针对性化解瓶颈。包括（1）研制多波长高速切换光源（SRS-Fiber Laser Source）。基于保偏光纤的受激拉曼散射（SRS），以一台 532 nm 纳秒激光器扩展至 532–620 nm 可调输出，用于血氧成像的波长切换 1 µs（亚微秒级），重频上限达MHz，覆盖高速活体成像需求。以通用绿光泵浦替代多台专用多谱段激光器，显著降低成本。（2）研制高灵
2025 09.11

科学岛团队在重载机械臂研发及智能控制算法研究方面取得系列进展

近日，中国科学院合肥物质院等离子体所团队在聚变堆重载机械臂研发、智能控制算法研究方面取得多项进展，相关成果发表于中国科学院一区Top期刊上。针对聚变堆内部部件维护的大负载和高精度要求，程羊等人等提出了一种专为重型机器人设计的新型高扭矩关节，其核心创新在于取消太阳齿轮的行星传动系统。为突破传统空心齿轮箱因动力线缆与控制线缆中央空间不足的局限，该设计通过移除太阳齿轮并重新布局电机轴线，最大限度扩展了中央通道。该三阶段传动系统以13806：1的超高传动比为特点，在保证紧凑结构的同时满足扭矩需求。通过集成优化模型成功实现了传动比、效率（最高达58.0%)及应力分布的全面优化，构建出完整的系统设计工具箱。关节认证件测试验证了该方案可行性，不仅输出扭矩达到139千牛米，弹性反冲值也低至4.86角分。实验结果证明该设计在高扭矩密度、精准控制和高效线缆布局方面具有显著优势，这些特性对于先进重型载荷机器人而言至关重要。传统轴孔装配方法仅依赖光学或力/力矩传感器，存在精度有限或对准效率低的问题。殷若尘等人提出一种基于深度强化学习的多传感器融合方法，结合二维相机与力/力矩传感器数据，模拟人类手眼协调机制，以
2025 09.11

科学岛团队利用光热空气集水实现高效自驱动生产绿氢

绿色氢能被认为是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要能源形式。近期，中国科学院合肥物质院固体所尹华杰研究员团队在光热空气集水自驱动生产绿色氢能领域取得新进展。相关研究成果发表在Advanced Materials上。质子交换膜电解水（PEMWE）技术是生产绿氢的主要技术路线之一，因其高效率和高纯度氢气输出而备受关注。然而，PEMWE过程严重依赖高纯水作为反应原料，在缺水地区限制了其应用。空气集水（Atmospheric Water Harvesting, AWH）作为获取纯净水的新兴途径，有望为绿氢生产过程中的水源短缺问题提供可行解决方案。基于此，研究人员提出了一种光热空气集水-质子交换膜电解自驱动系统（图1）。该系统以有序多级孔碳为空气集水吸附剂，与改装的电解槽耦合，实现空气集水-光热蒸发-光驱动电解过程。吸附剂的多级孔结构（微孔-介孔-大孔）通过模板法与高温煅烧构建，再通过表面氧化增强亲水性。在40%相对湿度下实现0.49升/千克吸附剂/小时的吸水量，即便在20%相对湿度的干旱环境中，仍能保持稳定的吸湿与光热蒸发性能（图2a）。在室内模拟条件下（40%相对湿度），该系统在1.65V恒电
2025 09.11

苏州纳米所在基于离子输运诱导的快速柔性水伏离子传感研究取得新进展

近年来，水伏效应因其在能量收集与传感应用中的独特优势而受到广泛关注。典型的水伏离子传感是利用水的蒸发驱动溶液流经过具有交叠双电层的功能化纳米通道，在固-液界面相互作用下产生与溶液离子浓度相关联的电压和电流信号。然而由于固-液界面存在较大的扩散阻力，水和离子需要数分钟甚至数十分钟才能达到扩散平衡，这严重限制了其在快速离子检测中的应用。如何突破流动阻力和重力的限制，实现快速、高灵敏的水伏离子传感，成为水伏新机制应用于离子传感亟待解决的科学问题。针对上述关键科学问题，中国科学院苏州纳米所张珽研究员团队报道了一种基于液-液界面低阻滑移与同步液压驱动的超快柔性水伏离子传感新策略。团队通过构建水平放置的包含有序功能化尼龙-66纳米纤维膜（NNFs）的柔性水伏器件，有效降低了无序纳米通道和重力引起的溶液流动阻力。同时，利用湿润纳米通道内液-液传输区域的低阻剪切流动，实现了高达2.86 cm s-1的流动速率，加速通道内离子迁移。此外，新液滴的快速进入还可触发液压驱动效应，推动通道残余溶液中离子的同步迁移与富集，进一步加速电压信号的产生。得益于该快速离子传输-累积机制，研究团队仅用3 μL水滴便可在0
2025 09.11

科学岛团队揭示分子近藤单态形成机制为自旋电子器件设计开辟新路径

近日，中国科学院合肥物质院固体所李向阳副研究员与中国科学技术大学杨金龙院士、王兵教授和李斌副教授合作，在自旋电子学领域取得新突破，首次发现了分子尺度的近藤盒子，为自旋电子学器件的设计提供了新思路。上述研究结果发表在国际知名期刊Physical Review Letters上。自旋电子学因其在未来信息技术中的巨大应用潜力而备受关注。然而，如何构建具有稳定自旋特性或者自旋磁序的磁性纳米结构以满足实际应用的需求，一直是自旋电子学未来发展面临的关键瓶颈。针对上述问题，研究人员在前期工作中，从分子工程角度出发，利用d-π强相互作用机制，在一系列零维和二维体系中取得进展。例如，在Au(111)表面上构建的Co-CoPc分子复合物，由于Co原子d轨道和CoPc分子的大π轨道之间形成的强相互作用，有效规整了Co原子的自旋态，使形成的近藤单态不受外界环境的影响。尽管如此，当时普遍认为体系中产生的近藤效应与传统机制相同，即由Au(111)衬底的巡游电子来屏蔽Co原子的自旋产生的。这种现象意味着CoPc分子的作用可能被低估，促使研究人员深入探究近藤效应的形成机理。鉴于此，研究人员成功证明：金属衬底上的
2025 09.11

金属所3D打印钛合金全应力比疲劳强度刷新纪录

3D打印，又名增材制造（Additive manufacturing，AM），凭借在复杂金属构件上得天独厚的自由成形能力，极大地满足了新一代航空装备对轻量化、高集成度的重大需求，有望替代传统制造方法实现高端装备关键构件的智能制造。不过，这一巨大的应用前景长期以来受制于增材制造材料及构件普遍较差的疲劳性能。为解决3D打印材料抗疲劳的国际难题，2024年2月中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂团队与钛合金团队合作提出了组织与缺陷耦合调控的NAMP工艺，成功制备出具有超高拉-拉疲劳性能的近无微孔3D打印Ti-6Al-4V合金材料（Nature，2024），突破所有材料拉-拉比疲劳强度世界纪录，更新了人们以往对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识。然而，实际工程构件的服役环境一般非常复杂，常常伴随着加载应力比的显著变化。当材料或构件所承受的外部应力比变化时，循环应力幅值和最大应力的分配比例也随之改变，进而诱发不同疲劳开裂机制之间的转变。这种“此消彼长”的开裂规律使得传统钛合金组织难以在全应力比范围内均保持优异的疲劳性能，一种显微组织类型往往仅在特定应力比范围内表现出抗疲劳优势（图1）。尤其是对于具

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