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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
2025 09.11

金属所等发现全温区压卡效应

由于排放和能耗问题，传统气体压缩制冷技术备受关注，学术界和工业界均在积极寻找解决方案。在此背景下，固态相变制冷技术应运而生，近年来经历了快速发展。固态相变制冷技术基于固体材料中外场诱导的各类相变，依外场不同可分为磁卡效应、电卡效应、弹卡效应和压卡效应。在相变温度附近，外场可有效地改变相变热力学势垒和能级；因此，固态相变制冷效应均出现在相变温度附近一个较小的范围。要实现较宽温区的连续制冷，必须将多个具有不同相变温度的材料串联形成多级制冷。以室温磁卡制冷原型材料稀土钆和庞压卡制冷原型材料新戊二醇为例，它们的制冷温区分别在293 K和315 K附近约+/-10 K的范围。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心功能材料与器件研究部及材料设计与计算研究部的科研人员在无机塑晶材料KPF6中首次发现了全温区压卡效应，单个材料可覆盖室温、液氮、液氢和液氦典型制冷温区，这是迄今为止唯一的全温区固态相变制冷材料（图1）。这一研究结果以“All-temperature barocaloric effects at pressure-induced phase transitions”为题发表于N
2025 09.11

苏州纳米所内嵌碳纳米管全光控神经形态计算器件取得新进展

视网膜启发的神经形态计算为突破传统冯·诺依曼架构的局限提供了新路径。要在神经形态硬件上实现高性能训练，人工突触必须具备线性对称可编程性、双极操作、多态存储能力、高良率、长保持时间和低变异性等关键特性。然而，现有神经形态器件常因非对称和非线性导电特性而面临重大挑战，限制了其整体性能。因此，开发能在单一器件中同时实现持久正光电导(PPC)和持久负光电导(NPC)的新型器件引起了广泛关注。这类器件可模拟突触行为，在复杂环境中增强信息感知能力，降低功耗，提高识别精度，并简化硬件设计。目前，研究人员已探索了多种技术来实现这些特性，包括二维材料的多层堆叠、静电掺杂和缺陷捕获等。然而，多层堆叠异质结构复杂的制备工艺给光电存储器件的大规模集成和稳定性带来了挑战。因此，开发适用于动态视觉场景神经形态计算的新型材料系统仍是当前的研究重点。苏州纳米所康黎星团队提出了一种通过化学气相输运制备的硒内嵌单壁碳纳米管（Se@SWCNTs）的一维范德华异质结。利用像差校正透射电子显微镜(AC-STEM)以及光谱学和电学表征，成功证实了双链硒被封装在单壁碳纳米管内部。与先前研究不同，通过溶液沉积技术成功制备了大面积的半
2025 09.11

金属所窄带隙二维铁电半导体-纤锌矿型α-In2Se3的实验发现

二维铁电半导体对于推动信息存储、能量转换和神经形态计算领域的发展至关重要。其中，α-In2Se3凭借独特的面内-面外铁电极化耦合特性而备受关注：这种耦合效应可有效抑制材料在纳米尺度面临的退极化场问题，使其能在单层极限厚度下仍然保持稳定的铁电性。理论计算表明，α-In2Se3可能以能量简并的两种晶体结构存在—畸变闪锌矿 (ZB’) 和畸变纤锌矿 (WZ’) 结构。然而，实验迄今仅观测到闪锌矿相结构，纤锌矿型α-In2Se3相的存在及其铁电特性尚未被证实。针对这一挑战，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心胡卫进研究员联合杨腾研究员及国内外多家研究机构，创新结合脉冲激光沉积和化学气相沉积技术，在Si晶圆上实现厘米级纤锌矿型α-In2Se3薄膜的均匀制备。研究人员证实该材料为窄带隙二维铁电半导体 (居里温度 620 K，带隙低至0.8 eV)，并展示了其在光控神经形态计算领域中的应用。近日，该成果以“2D ferroelectric narrow-bandgap semiconductor Wurtzite’type α-In2Se3and its silicon-compatibl
2025 09.11

苏州纳米所研究利用温度场调控界面相助力高电压锂金属电池

随着电动汽车和便携式电子设备对能量密度的需求不断增加，传统的锂离子电池（LIBs）逐渐接近其理论能量密度的极限，因此，开发高能量密度的锂金属电池（LMBs）成为了下一代电池技术的重要研究方向。锂金属电池具有比传统锂离子电池更高的能量密度，但其面临着诸多挑战，特别是在高电压下，锂金属电池的电解质分解、锂枝晶生长以及电极界面不稳定等问题显著影响了其循环稳定性。因此，如何设计稳定的电化学界相层（SEI/CEI）以提高电池的循环寿命成为了锂金属电池研究的核心问题之一。近日，中国科学院苏州纳米所沈炎宾团队在国际知名期刊ACS Energy Letters上发表题为Heated-to-Frozen Electrochemical Interphases Formation Strategy Enables Stable 4.5 V Li-metal Batteries in Ether-based Electrolyte的研究论文。本文提出了一种温度调控策略，通过调节电解质的溶剂化结构与分解动力学，控制SEI和CEI的形成过程，进而增强高电压锂金属电池的循环稳定性。具体而言，研究通过在高温预充电（
2025 09.11

科学岛团队在星载DPC、POSP气溶胶和地表Level 2产品研发方面取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院安光所陈澄研究员团队利用高分5号02星GF-5(02)搭载的安光所自研偏振载荷——多角度偏振成像仪（DPC）与多光谱偏振扫描仪（POSP），在气溶胶-地表特性定量反演研究中取得新进展。相关成果分别以“基于高分五号02星载荷偏振扫描仪POSP开发的二级气溶胶和地表产品”和“基于高分五号02星多角度偏振探测仪DPC，就华北平原沙尘事件开展气溶胶光学-微物理特性研究”为题，发表在地球科学期刊《地球系统科学数据》（Earth System Science Data）及大气环境领域期刊《大气环境》（Atmospheric Environment）上。由于偏振遥感对大气成分、光学微物理特性、粒子形状、分层高度具有独特的表征能力，通过偏振信号能够支撑地气信号解耦，在大气环境监测、气候变化评估领域有较大的应用前景。团队利用搭载在高分5号02星上的POSP和DPC在轨观测数据，采用团队深度参与开发的GRASP算法，研发了全球气溶胶-地表特性Level 2数据产品，包含：AOD、AAOD、AODF、AODC、AE、SSA、ALH、气溶胶总体积浓度、四种典型气溶胶的体积分数、表观各
2025 09.11

苏州纳米所秦华团队在氮化镓基无源太赫兹相控阵机制研究方面取得进展

随着无线通信技术的迅猛发展，太赫兹波(0.1–10 THz)因其超宽带、高定向性和高分辨率优势，成为6G通信的重要频谱资源。然而，频率升高带来的路径损耗加剧和信号源输出功率降低问题，使得系统对高精度、低损耗、大视场的波束控制器件提出严苛要求。针对这一挑战，苏州纳米所秦华团队提出并研制了一种基于氮化镓肖特基二极管(GaN SBD)的无源太赫兹相控阵芯片原型，工作频率为0.32 THz，阵列规模为32×25。该芯片利用GaN SBD的高速变容特性实现阵列天线谐振模式的动态调控，支持模拟和数字调相两种工作模式。在0–210°的连续相位调节范围内，平均插入损耗为5 dB，调制速率超过200 MHz，平均相位调节误差为1.8°。针对现有GaN晶圆材料的非均匀性和SBD工艺偏差导致阵元间相位调节存在偏差的问题，团队提出了基于差分进化的控制策略，主瓣增益提升了4.2 dB，并且有效抑制旁瓣水平。在±45°扫描范围内，波束增益为18 dBi。基于该芯片，团队也演示验证了目标的跟踪定位和信号的定向传输等功能。图1. 基于GaN SBD的无源太赫兹相控阵芯片图2. (a)芯片的相位调制精度测量结果，(
2025 09.11

解码大脑中的“社交地图”——科学岛团队在脑神经机制研究中取得新进展

近日，中国科学院合肥物质院健康所李海研究员团队在揭示社会认知地图神经机制研究中取得新进展，研究团队发现人类大脑在理解和判断复杂的社会等级关系时，会调用一套与日常认路、辨别方向时相同的神经系统，相当于大脑在内部绘制了一张无形的“社交地图”来导航复杂的人际社会。这项发现揭示了大脑高效工作的神经基础，相关研究成果已发表于神经科学领域TOP期刊Neuroimage。试想以下场景：一位招聘经理在浏览简历时，看到“项目总监”和“应届实习生”的头衔，便能瞬间判断二者的资历差距；或是在一个大家族聚会中，当介绍某位是“大伯”，另一位是“表弟”时，会立刻形成一张关于辈分和长幼的家庭关系图。在日常情境中，我们无需与每个人都深入交往，就能通过抽象的符号标签（头衔、职级、辈分）快速判断其社会位置。这些标签就像是心智的“快捷方式”，帮助我们高效地理解人际关系。然而，一个根本性的问题随之而来：大脑究竟是如何将“总监”“大伯”这些文字符号，“翻译”成一个内在的、结构化的关系网络，并以此指导我们做出判断和决策的？这一过程背后的神经机制，长期以来尚不明确。为解决这一问题，李海研究员团队设计并实施了一项为期三天的功能磁共振

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