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2023 05.12

中科院苏州医工所在超构表面微型高光谱成像研究中取得进展

光谱是物质的基本属性之一，被视为物质的指纹。光谱成像通过记录不同空间位置的光谱来捕捉物质的空间和光谱信息，不仅可以感知物质的客观存在，还可以了解物质的组分。光谱成像技术已被广泛用于食品安全、生物医学、环境监测和卫星遥感等领域。光谱成像系统通常由光谱器件（色散元件或滤色片）和CMOS图像传感器组成。由于这些光谱器件的体积和质量普遍较大，导致成像系统的结构复杂、体积庞大且成像速度较慢。这与实际应用中小型化、轻量化和集成化的需求相矛盾。为解决上述问题，中科院苏州医工所李辉团队与中科院光电所郭迎辉团队合作，研发了一种基于超构表面的微型高光谱成像器件。科研人员首先提出并验证了准随机超级单元构成的计算型高光谱超构表面设计方法。准随机超级单元具有严格的对称性，光谱器件的偏振敏感性较低，因此由准随机超级单元构成的光谱器件可以更好地应用于复杂的工作环境。而超级单元的周期打破了亚波长尺度的限制，设计自由度得到显著提升，极大丰富了单元结构的种类，使选择的单元结构对应的透射光谱满足了压缩感知算法的需求，同时也降低了超构表面的加工难度，缩减了器件加工的成本和周期。超构表面每个超级单元采用遗传算法和压缩感知来实现
2023 05.12

中科院苏州纳米所张珽团队PMS顶刊综述：电纺纤维柔性电子：纤维制备，器件平台，功能集成和应用

在过去的二十年中，柔性电子产品因其独特性质在电子皮肤、人机界面、柔性显示、可穿戴设备、便携式能源装置和植入式器械等领域的众多潜在应用而备受关注。电纺纤维具有优异的力学性能和可调控的物理化学性能，在用于制造新兴的柔性电子产品方面展示出巨大的前景。本文全面回顾了基于静电纺丝的柔性电子（图1），包括电纺技术简介、电纺纤维多样性、电纺纤维电子器件集成策略和各种器件平台（包括电极、电阻、电容、压电/ 摩擦电、电化学和晶体管等类型）。这些基于电纺纤维的柔性电子器件可以集成多种传感模式、无线通信、自供电和热管理功能。得益于电纺纤维优异的柔韧性、坚固性、高孔隙率、多样化的纤维形态和组装形式、重量轻、制备成本低等众多优点，电纺纤维柔性电子产品在个人医疗保健和人体监测方面发挥着越来越重要的作用，可用于生物物理信号、生化信号和电生理信号检测，并可作为植入式器件促进细胞和组织再生。文章结尾，作者对现阶段工作进行了总结，并对电纺丝纤维的柔性电子领域的发展进行展望。　　图1. 电纺纤维柔性电子性质、类型及应用示意图静电纺丝广泛用于制备具有非凡性能的超细纤维，其制备获得的纤维产品具有高表面积、高孔隙率、柔韧性和
2023 05.12

中科院苏州纳米所在气凝胶隔热保温新机制及其按需热调控策略方面取得重要进展

气凝胶是一类具有超低密度和热导率的纳米多孔材料，其中以氧化硅气凝胶为代表的一类气凝胶具有优异的综合性能，在生物医药、能源、航空航天、催化、传感、建筑节能减排等领域具有广泛的应用价值。1931年首次报道的气凝胶主要就是氧化硅气凝胶，迄今将近百年的历史。对于这种将近百年历史的材料，最具代表性的应用为隔热保温（Thermal Insulation），其超低热导率往往是解释气凝胶优异热管理（Thermal Management）性能的首要因素。然而，越来越多的研究结果表明，气凝胶在户外应用时，其与环境的热交换产生的热效应可能远大于低热导率的影响，即被动太阳光加热（Passive Solar Heating）、辐射致冷（Passive Radiative Cooling）以及热传导（Conductive and Convection）对气凝胶的热管理行为起到同等重要的作用。　　因此，为了深入探索气凝胶的热管理性能，近日中科院苏州纳米所王锦等人设计合成了系列具有不同光学性能（包括不同太阳光透过率和中远红外发射率）的氧化硅气凝胶，系统研究了自然环境下氧化硅气凝胶的热管理行为，并获得以下结果：氧化硅
2023 05.12

中科院苏州纳米所周小春团队Adv. Mater.：通过微孔层设计在燃料电池的可回收性和可持续性方面取得进展

燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，具有环境污染小、发电效率高等优势。以氢为燃料的燃料电池无碳排放，对从源头上控碳、减碳有着重要作用。近年来，燃料电池的产业化进程得到了飞速发展。然而，关于废弃燃料电池回收的研究处于较为匮乏的阶段。为完全回收燃料电池中的贵金属催化剂和离聚物，膜电极需要经过破碎并使用溶液将相应的材料分离。在该过程中，气体扩散层会参与到膜电极的回收中，一方面使得在电池中老化速度慢的气体扩散层不能重复使用，另一方面也会在回收贵金属和离聚物过程中产生大量的各类消耗，如溶剂等。针对上述问题，中科院苏州纳米所周小春团队制备了一种由碳纳米管互穿网络构成的独立式微孔层。与传统的微孔层相比，这种独立式微孔层直接成型，而不需要涂敷在气体扩散层的大孔基底（一般为碳纸）上。互穿网络结构为这种独立式微孔层提供了高强度、高透气性、高导电性和高平整度等优异的物理性质，因此该独立式微孔层表现出了优异的电池性能（峰值功率达1.35 W cm-2）并能大幅促进燃料电池的可持续性。首先，该微孔层不仅适用于碳纸基底，也能够适用于各种碳基和金属基的多孔材料（峰值功率基本高于1 W cm-2），为高
2023 05.12

中科院紫金山天文台等提出对银河系旋臂形态的新认识

近日，中科院紫金山天文台徐烨研究员团队与中科院国家天文台合作提出对银河系旋臂形态的新认识：银河系更像是一个普通多旋臂星系，由内部对称两旋臂和外部多条不规则旋臂组成，而非之前被广泛接受的四条旋臂均从内到外的特殊形态。相关成果以What Does The Milky Way Look Like为题，于近期发表于《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）。宇宙中旋涡星系的形态主要分为宏象（grand design）、多旋臂和絮状三种旋涡结构。在类银河系的多旋臂星系中，较为常见的是内部两旋臂和外部多旋臂的形态(约占83%)，四条旋臂均从内到外的形态是非常罕见的(约占2%)，而此前天文学界普遍认为银河系正是属于这后一种特殊形态。研究团队综合利用天体脉泽、年轻恒星和疏散星团等目前所能获得的全部高精度天体测量数据，对银河系旋臂结构进行了重新描绘。研究结果表明银河系具有多旋臂形态，其内部由英仙臂和矩尺臂两条旋臂对称向外延伸，在外部分叉并形成包括半人马臂、人马臂、船底臂和本地臂等多条长而不规则的旋臂段（见图1）。银河系看起来不再特殊。此次银河系形态新图景的精确描绘得益于Be
2023 05.12

中科院紫金山天文台合作提出直接寻找暗光子暗物质的新方法

中国科学院紫金山天文台黄晓渊研究员与清华大学、北京大学研究人员合作提出利用射电望远镜直接寻找暗光子暗物质的新方法。相关研究成果在2023年5月2日以“利用射电望远镜直接探测暗光子暗物质”（Direct detection of dark photon dark matter using radio telescopes）为题，发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。文章被列为物理学特别推荐（Featured in Physics），并受到美国物理学会（APS）的推荐报道。　　暗物质是一种在天文观测中被发现的物质，它具有引力作用但不发光，占据了宇宙总能量的27%。对暗物质的粒子物理性质的研究是当前粒子物理和宇宙学最重要的研究课题之一。超轻暗光子作为暗物质的候选者越来越被物理学家所重视。　　在20世纪60年代初，彭齐亚斯和威尔逊在进行射电天文学研究时意外发现了一个低水平的背景噪音。后来，这个噪音被证实是宇宙微波背景辐射，是早期灼热宇宙膨胀的重要证据之一。超轻暗光子通过与光子的动力学混合，呈现出类似光子的电磁相互作用。作为弥散在宇宙中的暗物质的候选者，超
2023 05.12

中科院金属所亚纳米尺度原子级分散Ir高效催化丁烷脱氢研究取得新进展

最近，中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心刘洪阳研究员和博士研究生陈晓雯与北京大学马丁教授、香港科技大学王宁教授、蔡祥滨博士以及中科院山西煤化所温晓东研究员等团队合作，在富缺陷石墨烯表面精准构建原子级分散Ir1单原子催化剂，实现其高效催化丁烷脱氢制烯烃，并在亚纳米尺度下系统理解烷烃脱氢对金属结构的依赖性与金属组分的依赖性。近日，《自然-通讯》(Nature Communications)在线发表了该项研究成果(https://www.nature.com/articles/s41467-023-38361-4)。　　烯烃是现代化工生产高附加值化学品的重要原料。生产烯烃最直接的方法就是通过烷烃直接脱氢生成烯烃。在近30年里，以Ir钳形配合物为催化剂的转移脱氢反应和无受体脱氢反应取得重大进展。但是，受限于热稳定性，Ir钳形配合物在轻微苛刻的反应条件下就会分解，导致催化剂失活。同时，催化剂分离和循环利用问题也限制了均相催化剂的发展。因此，设计热稳定、高活性的单位点Ir脱氢催化剂仍然是一项挑战。　　在本研究工作中，研究团队在富缺陷石墨烯表面精准构建了Ir1单原子催化剂，并通过球差电镜、原位C
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在高压调控碘化铅半金属转变及光电特性方面取得新进展

近期，中科院合肥物质院固体所计算物理与量子材料研究部丁俊峰研究员团队发现二维层状半导体PbI2在压力下，半金属转变诱导的光电性能显著增强，并将光谱响应范围拓展到红外波段。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。PbI2作为一种典型的半导体材料，凭借其良好的物理性质，成为射线探测领域的研究热点。近年来，PbI2作为钙钛矿太阳能电池的前驱体受到了广泛关注。由于带隙的限制，过去对于PbI2光电性能的研究主要集中在X射线和γ射线范围。高压作为基础热力学参量，为在不改变材料成分的前提下调控材料物性提供了有效的方法。因此，通过高压技术对PbI2的基本结构和物性进行调节，有望加深对其构效关系的理解，实现性能的提升。研究团队利用金刚石对顶砧（DAC）技术，结合光电流测量技术、超快泵浦探测、拉曼光谱、XRD、吸收光谱、电输运测量、第一性原理计算，系统的研究了PbI2在高压下的结构相变、带隙演化和光电响应行为，取得了系列研究成果。研究团队阐明了PbI2在高压下的结构相变过程，解决了对其高压相图的长期争议(Appl. Phys. Lett. 120, 052106 (2022)
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在大气棕碳气溶胶光谱特性研究方面取得新进展

近日，中科院合肥物质院安光所张为俊研究员团队在大气棕碳气溶胶光谱特性研究方面取得新进展，相关研究成果以“木材热解一次棕碳的宽光谱特征及辐射效应”为题在线发表于爱思唯尔（Elsevier）出版的Science of the Total Environment上。棕碳（Brown Carbon）是一类重要的吸光性含碳气溶胶，在近紫外到可见光范围内的吸光能力随波长变短迅速增强，对区域乃至全球的气候和辐射平衡具有显著影响。大气中棕碳气溶胶的来源复杂，包括一次直接排放和二次氧化生成，其中生物质燃烧是一次棕碳的重要排放源。受限于测量方法和手段，当前生物质燃烧棕碳的光谱特性的认识不足，导致其辐射强迫评估存在较大不确定性。团队赵卫雄研究员和刘芊芊博士等人利用自主研制的四波长宽带腔增强反照率光谱原位测量系统在线测量了不同类型木材热解排放棕碳的光谱特性（消光系数、散射系数、吸收系数，以及单次散射反照率（SSA）），气溶胶在生物质热解过程中的变化特征可以用光学参数来解释。基于多波长在线测量参数，发展了SSA光谱反演方法，获得了一次棕碳在300-700 nm范围内的宽光谱特性，并用于气溶胶直接辐射强迫的评估。
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测方面取得新进展

近日，中科院合肥物质院安光所高晓明研究员团队在静磁场法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测方面取得新进展，相关研究成果以《基于钕铁硼环磁阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》为题发表在国际TOP期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上。　　氮氧化物（NOx=NO+NO2）处于大气化学反应的中心，影响着臭氧、羟基和过氧自由基的浓度，是形成光化学烟雾、酸雨和灰霾污染的重要前体物。同时农田、湿地等生态系统释放的NOx在全球氮循环中发挥着重要的作用。　　针对传统化学发光法在检测NOx时存在的测量速率慢，对NO和NO2缺乏选择性等问题，团队刘锟研究员，曹渊特任副研究员等人提出了一种基于钕铁硼环磁阵列的静磁场法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测装置。通过设计单腔双光路的气体吸收池并将其与钕铁硼环磁阵列同轴耦合，从而促进两束不同波段的线偏振光与NOx分子在静磁场下的相互作用。同时，针对钕铁硼环磁阵列左右两侧与内部轴向磁场方向相反，导致部分抵消内部轴向磁场所激发的磁光信号的问题，提出吸收池的长度应小于或等于永磁体阵列的长度。通过将波长调制光谱与静磁场相结合产生了

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