世界一流科技期刊文章精選

新型材料

新型柔性制冷方式“扭熱制冷”

南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、藥學院、功能高分子教育部重點實驗室劉遵峰教授團隊與美國得克薩斯州立大學達拉斯分校教授、南開大學楊石先講座教授雷·鮑曼(Ray H.Baughman)團隊合作，研獲的一種柔性制冷新策略——“扭熱制冷”。研究成果發表于Science。研究發現，改變纖維內部的捻度可以實現降溫。由于制冷效率更高、體積更小且適用于天然橡膠、釣魚線以及鎳鈦合金等多種普通材料，基于這種方法制成的“扭熱冰箱”也變得前景可期。此項研究成果將為降低制冷領域能源損耗提供一種新的途徑。

利用“扭熱制冷”實現顏色變化的纖維。表面涂覆有熱致變色涂料的鎳鈦合金絲加捻和解捻后的顏色變化圖像。（圖片來源于南開大學新聞網）

“扭熱制冷”中，對橡膠纖維加捻會生成不同的結構：加捻、部分螺旋、全部螺旋、和超螺旋，橡膠直徑：2.5m m，預拉伸應變：200%。（圖片來源于南開大學新聞網）

新型二維原子晶體材料單層二硒化釩的“一維圖案化”及其功能

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心高鴻鈞院士團隊實現了單層二硒化釩（VSe2）的一維圖案化和對鉑（Pt）原子的分散吸附，結合密度泛函（DFT）模擬計算研究了其結構及催化特性。相關成果發表于Nano Letters。VSe2作為過渡金屬二硫族化合物中的一員，其單層被預言具有二維磁性、高導電性、電催化等諸多獨特性質，是備受關注的一種新型二維材料。該項研究提供了一種調控二維材料維度、結構和物性的方法，豐富了二硒化釩作為一種新型二維材料的應用潛力，并且實現了鉑原子在該一維圖案化的二硒化釩上的分散吸附。這一研究結果在清潔能源、新型催化材料等領域具有潛在的應用前景。

自旋量子霍爾材料研究進展

北京大學量子材料中心杜瑞瑞教授課題組在自旋量子霍爾材料研究方面持續取得新成果。研究成果發表于Physical Review Letters。金屬的磁阻振蕩來自帶電粒子在磁場下的朗道量子化。這一現象已被人們廣泛認可，并作為一種標準的測量手段用于探測金屬的費米面。該研究發現，在InAs/GaSb量子自旋霍爾絕緣體中存在能隙內的非常規磁阻振蕩，并清楚地展示了這種振蕩來自絕緣的體態，讓人們對量子振蕩和費米面有了重新的認識。另一項工作實現了在InSb（111）襯底上外延生長高質量stanene，并首次制備輸運器件觀察到SdH振蕩。

高導熱環氧復合材料制備

中國科學院寧波材料技術與工程研究所表面事業部功能碳素材料團隊通力合作，使用低成本的商用聚氨酯泡沫為模板，在其表面包覆石墨烯納米片并采用快速加熱移除聚氨酯模板而得到結構完整的三維石墨烯泡沫。研究論文發表于Nanoscale。第三代半導體材料先進電子器件的功能性、集成度和功率密度的持續提高，勢必會造成器件運行產生廢熱的高度集中。制備石墨烯三維結構是提升復合材料導熱性能行之有效的方法。在石墨烯含量為6.8wt%時，環氧復合材料的導熱系數達到了8.04W/mK，較純環氧樹脂提高了44倍，環氧復合材料同時保持了良好的力學性能。

新型材料

利用細菌結構淀粉樣蛋白開發出功能多樣的蛋白圖案化材料

上海科技大學物質學院材料與物理生物研究部鐘超課題組利用細菌生物被膜淀粉樣蛋白的魯棒性和可基因編程的特征，開發出了新一代的多功能蛋白材料圖案化布陣技術。研究論文發表于Nano Letters。研究人員利用了六氟異丙醇（HFIP）作為極性溶劑對其進行溶解，并將富含蛋白單體的HFIP溶液作為墨水，利用軟刻蝕進行圖案化加工，再結合甲醇進行蛋白的原位復性，最后得到結構穩定的蛋白圖案。利用類似的軟刻蝕技術設計并加工了基于基因工程改造的功能化CsgA納米纖維圖案，并賦予特定的功能，從而獲得了若干特殊應用。

仿生自支撐圖案化結構用于細胞培養（圖片來源于上海科技大學網站）

CsgA納米纖維多級多尺度蜘蛛網圖案（圖片來源于上海科技大學網站）

應用于鋅溴液流電池的高活性氮化鈦納米棒陣列復合電極材料

中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部研究員李先鋒、張華民團隊設計、制備了一種基于氮化鈦納米棒陣列三維復合電極材料，并應用于鋅溴基液流電池中，功率密度獲得極大提高。研究論文發表于Advanced Materials。論文設計出了一類基于氮化鈦納米棒陣列的自支撐三維層狀復合電極材料。碳氈電極作為復合電極的基底材料，其三維導電網絡保證了電極的高電子傳導率。氮化鈦納米棒陣列對Br2/Br-電對的高催化活性則降低了電極的電化學極化。三維層狀和棒狀陣列結構有助于電解液向電極內部的滲透，提高了電極的離子傳輸速率，從而降低了傳質極化，提高了鋅溴液流電池的工作電流密度。

生物材料表面調控細胞行為研究

華東理工大學劉潤輝課題組系統研究并建立普適性生物材料表面活性修飾方法，解析表面動態化學，探索活性表面與蛋白、細胞、微生物之間的相互作用，通過調控細胞行為研究和開發新型活性醫用生物材料。研究論文發表于JACS（《美國化學會志》）。論文揭示了在生物材料表/界面領域一個長期遺留但極其重要的關鍵問題。探索了基于聚乙二醇（PEG）的抗黏附分子對材料表面活性多肽細胞調控功能的影響，發現中等鏈長的PEG分子能夠極大地降低材料表面背景干擾，并能充分展示多肽的功能。太短和太長的PEG分子都不利于展示和優化材料表面多肽的細胞調控功能。

新型光催化劑制備與表征

江蘇大學能源研究院許暉教授課題組通過兩步煅燒法成功制備了2Dg-C3N4以及2D/2D過渡金屬氧化物（TMOs）/g-C3N4 Z型光催化劑。研究論文發表于ACS Nano。論文系統研究了TMOs催化塊體g-C3N4剝離的機制，揭示了TMOs材料促進塊體g-C3N4在濕潤環境下的水解剝離的機理，進而實現高產率制備2Dg-C3N4和2D/2DTMOs/g-C3N4的普適性合成機理。2D/2D TMOs/g-C3N4催化劑的超薄納米結構、高品質接觸界面和Z-型電荷傳輸通道，促進了光解水產氫性能的大幅度提升，2D/2D Co3O4/g-C3N4在405nm處表觀量子效率達到53.6%。

遠古研究

全新世東亞季風與人類活動存在500年周期的同步變化

中國科學院地質與地球物理研究所呂厚遠團隊與國內外同行合作，通過對中國東北地區約1萬年來瑪珥湖年紋層花粉記錄和考古遺址碳十四（14C）年齡概率密度的分析，發現花粉記錄的季風氣候變化，以及碳十四概率密度揭示的人類活動，都存在約500年周期變化，季風氣候驅動周期性的暖濕/冷干與人類活動的強/弱，以及與史前文化的盛/衰，幾乎是同步變化的。相關論文發表于Nature Communications。在東北地區史前6個文化繁盛期中，除了紅山文化對應了千年尺度的中全新世適宜期外，其他都明確地對應著500年周期的暖濕期。疊加在全新世氣候變化背景上的500年周期，深刻影響了東北亞地區史前文化的演替和發展。

櫟屬和14C概率密度500年周期變化與文化演化階段對比（圖片來源于中國科學院地質與地球物理研究所網站）

小龍灣瑪珥湖和14C定年的考古遺址位置圖（圖片來源于中國科學院地質與地球物理研究所網站）

河西走廊氣候變化與環境可持續研究

中國科學院西北生態環境資源研究院馮起、楊林山等及國際合作團隊利用河西走廊大量的歷史文獻資料和氣候變化重建資料，研究了河西走廊千年尺度氣候變化與人類社會之間復雜的互動過程。并提出了社會變遷未能對氣候變化做出有效反應而產生的多米諾骨牌效應的社會影響。研究論文發表于Nature Sustainability。研究結果顯示，為增強應對氣候變化影響的適應能力，需要建立社會變遷和環境變化的反饋機制，以便為未來氣候變化提供適應對策。研究揭示了河西走廊過去2000年社會發展的成功經驗與歷史教訓，對當前西北地區生態環境保護和絲綢之路經濟帶建設具有借鑒意義。

侏羅紀蜥蜴研究進展：獨特的謝氏紅山蜥

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所董麗萍、王原等報道了一件保存十分精美的侏羅紀蜥蜴標本，并將其命名為謝氏紅山蜥（Hongshanxi xiei）。研究論文發表于Geodiversitas。紅山蜥具有獨特的形態特征組合，如其左右愈合的額骨明顯較長，后緣三叉，兩側的后突長且從外側卡住頂骨；頂骨短；頭骨上僅眼周和下顳處具有膜質骨板（osteoderms），前肢和后肢長。唯一具有與紅山蜥類似的額骨和頂骨形態的是西班牙早白堊世Las hoyas地點的Hoyalcerta sanzi，但Hoyalcerta的下頜十分纖細，齒骨齒要遠多于紅山蜥。

寒武紀珍稀節肢動物西德尼蟲

中國科學院南京地質古生物研究所趙方臣研究團隊通過對華北寒武紀地層軟軀體動物化石的不懈探索，在華北寒武紀中期饅頭組中發現了珍稀節肢動物西德尼蟲。這一發現不僅代表了西德尼蟲這一布爾吉斯頁巖生物群的代表性動物在勞倫板塊之外的首次發現，而且也是在華北板塊上首次發現典型的寒武紀布爾吉斯頁巖型化石。該成果發表于Geological Magazine。西德尼蟲代表了典型的布爾吉斯頁巖型化石，它的發現預示著華北地區特異埋藏化石庫研究的巨大潛力，華北板塊寒武紀中期特異埋藏化石的進一步發現與研究將促進對這一時期全球生物面貌與演化的認識。

遠古研究

青藏高原西部花粉記錄揭示晚全新世亞洲季風移動路徑

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所/生物演化與環境卓越中心李小強、趙克良等人在青藏高原西部帕米爾高原的最新研究成果利用地層中遠距離傳播的花粉記錄，示蹤晚全新世時期亞洲季風的移動路徑及潛在的水汽輸送通道，為認識青藏高原西部地區較長時間尺度的水汽來源、季風移動模式及現代大氣環流監測等提供了新視角和新途徑。研究論文發表于Geophysical Research Letters。植物開花后，大多數花粉會散落在其母體植物周圍，極少部分花粉會被較強的地表風釋放到高空，成為大氣氣溶膠粒子的有機組分之一。花粉的遠距離傳播與大氣環流關系密切。因此，利用遠距離傳播花粉可以追蹤大氣環流的軌跡。

烏帕爾剖面晚全新世沉積物中發現的遠距離傳播花粉類型（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

2018年春季3月（紅線）、4月（橙色）、5月（藍色）氣流后向軌跡；黑色虛線表示從青藏高原東南緣到帕米爾東部氣流的示意路徑；黃色圓點表示青藏高原地區全新世鐵杉花粉記錄地點。（圖片來源于中國科學院古脊椎動物與古人類研究所網站）

植物區系進化歷史研究進展

中國科學院昆明植物研究所植物經典分類與植物多樣性團隊李嶸課題組以中國植物多樣性最為豐富的地區云南為例，結合該地區野生被子植物的地理分布及其系統發育關系，探討了分類群豐富度、系統發育多樣性及系統發育多樣性殘差的空間分布格局，在此基礎上，融合歷史生物地理學信息，揭示了云南被子植物區系的形成原因。相關成果發表于Journal of Systematics and Evolution。滇西北植物區系的系統發育多樣性比期望值低，且具有豐富的溫帶植物譜系，表明該區域植物區系的形成以就地演化為主；滇南植物區系的系統發育多樣性比期望值高，并具有豐富的熱帶植物譜系，表明該地區植物區系的形成以遷移擴散為主。

祁連山東段奧陶紀筆石研究進展

中國科學院南京地質古生物研究所陳旭院士、陳中陽博士等，聯合美國紐約州立大學布法羅分校Charles E.Mitchell教授，對祁連山東段的奧陶紀筆石標本進行了再研究。研究認為，該地區筆石動物群與同時期其他地區（如揚子地區）的差異是由生態因素造成的，而非由生物地理隔離導致的。研究成果發表于Journal of Palaeontology。祁連山東段在古地理上很可能屬于華北古陸東北緣，構造運動強烈，在古地理上具有非常重要的意義。祁連山東段的奧陶紀筆石標本最初由甘肅地質調查局張有魁采集于甘肅省武威市天祝藏族自治縣附近的5條剖面，并且由穆恩之院士等報道。

青藏高原隆升快速消耗古近紀大氣二氧化碳的新反饋機制

中國科學院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升實驗室、青藏高原地球科學卓越創新中心方小敏研究員課題組聯合法國國家科學研究中心Albert Galy教授研究組，通過首次獲取的青藏高原北部有精確年代控制的柴達木和西寧盆地5300萬—2600萬年前的大陸硅酸鹽風化記錄，提出了新的負反饋機制。研究成果發表于Geology。地球保持了適合生物和人類生存的相對恒定的CO2濃度和溫度。青藏高原隆起快速消耗掉地球釋放的全球CO2，必須以地球其他廣大地區風化作用和CO2消耗量的降低來補償，從而達到地球釋放的CO2與風化消耗的CO2的總的平衡，從而保持地球表層溫度的相對穩定。

宇宙天文

海冰流動對太陽系外行星氣候與宜居性的影響

北京大學物理學院大氣與海洋科學系楊軍助理教授課題組的最新研究表明，在海冰流動的驅動下，潮汐鎖相行星的開放海洋面積不斷減小、冰雪覆蓋區域面積不斷增大，最終導致行星進入全球冰雪世界。研究成果發表于Nature Astronomy。論文證實海冰流動對開放海域面積具有收縮作用，此外，進一步確認海洋熱量輸送可以起到相反的作用——擴大開放海域面積。對于接收恒星輻射量較少、大氣中溫室氣體濃度較低、海冰覆蓋率高的行星而言，海冰流動的作用占主導。對于接收恒星輻射量較多、大氣中溫室氣體濃度較高、海冰覆蓋率低的行星而言，海洋運動的作用占主導。

海冰流動（箭頭）、海冰生長對應的放熱（黃色）和海冰融化對應的吸熱（藍色）。紅色點為星下點位置，橫軸為經度（0-360），縱軸為緯度（90S-90N）。（圖片來源于北京大學新聞網）

從開放海洋到冰雪世界的轉換。圖中白色表示冰雪，藍色表示海洋。（圖片來源于北京大學新聞網）

比鄰星系統動力學演化和穩定性特征

中國科學院紫金山天文臺季江徽課題組開展了關于比鄰星系統動力學演化和穩定性特征的研究。研究成果發表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。論文分別采用數值模擬和理論分析方法，對該系統存在兩顆行星的情況開展了深入的動力學演化和穩定性特征研究。動力學演化結果表明：在100萬年左右的時間尺度上，Proxima b的軌道偏心率演化受到潮汐的影響很小，而相對論效應對兩顆行星的影響比較明顯。不考慮相對論效應和潮汐效應的情況，利用MEGNO積分器對系統穩定性的研究，描繪出了該系統穩定區域的整體圖像，揭示了兩顆行星在共面和非共面時保持系統動力學穩定的行星參數限制。

系外行星大氣逃逸研究進展

中國科學院云南天文臺研究生閆冬冬及其導師郭建恒等研究了系外行星大氣的流體動力學逃逸，并修正了估計行星物質損失率的能量限制方程。研究成果發表于The Astrophysical Journal。當行星接收的XUV輻射流量（或物質損失率）高于一定值時，能量限制方程估計的物質損失率要比流體動力學模型給出的物質損失率高，即高估了物質損失率。在能量限制方程中考慮逃逸粒子的動能和熱能變化后，能量限制方程的物質損失率和流體動力學基本一致。這是因為隨著行星引力勢與X射線和極紫外線輻射的積分流量（Fxuv）乘積的增加，粒子動能與熱能變化的和將逐漸增加，以至于和行星的勢能變化可比擬。

基于“嫦娥四號”探測數據重構月球背面著陸軌跡

中國科學院國家天文臺研究員李春來領導的科研團隊利用“嫦娥四號”數據精確定位了“嫦娥四號”（CE-4）的著陸位置，并再現了“嫦娥四號”的落月過程。相關論文發表于Nature Communications。月球表面軟著陸的動力下降是一個時間短、速度變化快的過程，難以依靠地面實時控制，通常只能采用探測器自身攜帶的敏感器自主實現測控。為了掌握探測器自主控制的效果，建立任務規劃和科學探測的位置基準，重構探測器動力下降段軌跡和精確確定著陸點位置具有重要的工程和科學意義。研究成果為“嫦娥四號”著陸器和“玉兔二號”月球車開展科學探測提供了背景信息和位置基準，是月球背面控制點研究、高精度月球測繪的基礎。

宇宙天文

太陽系早期熾熱小行星之間的撞擊作用

中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理重點實驗室楊晶博士后與合作導師林楊挺研究員等，通過對未分群無球粒隕石Northwest Africa(NWA)7325的研究，發現該隕石是小行星母體仍處于高溫狀態時，通過撞擊作用部分熔融形成，并提出了熾熱小行星的撞擊變質模型，以及撞擊對早期小行星熱演化的影響。相關論文發表于Geochimica et Cosmochimica Acta。論文通過對未分群無球粒隕石NWA7325長石顆粒中微晶的化學組成和礦物結構的分析，確定了這些從未在其他隕石中有過報道的特殊微晶的成因。證明了在小行星撞擊過程中，高溫靶巖與低溫靶巖的沖擊效應存在顯著差異。太陽系早期（20Ma內）小行星處于高溫狀態。

長石顆粒內部與尖晶石微晶共生的針狀剛玉微晶的T E M圖像（圖片來源于中國科學院地質與地球物理研究所網站）

N W A7325中在與輝石（P x）接觸的長石（P l）顆粒邊界分布的透輝石（Di）微晶，以及在長石顆粒內部分布的大量富鋁尖晶石(Sp)微晶和少量的針狀剛玉（Cor）微晶。（圖片來源于中國科學院地質與地球物理研究所網站）

太陽噴流的形成物理機制研究進展

中國科學院云南天文臺申遠燈及其合作者研究發現，太陽雙向噴流現象是由微暗條爆發驅動并經歷兩次磁重聯過程而形成的。這與他們前期發現的另一類太陽噴流現象準直噴流的形成物理機制一致。這些研究統一并完善了對不同類型噴流形成過程的認識，研究成果發表于Astrophysical Journal。太陽動力學天文臺和日地聯系天文臺等衛星提供的高分辨多波段立體觀測數據，對噴流活動現象開展的研究。微暗條通常在光球磁對消或者不穩定性的作用下失去穩定性開始上升或爆發，暗條上方的束縛磁場首先與其周圍的開放或水平磁場發生磁場重聯形成熱的等離子體流，然后，由于暗條的上升，其下方也會發生磁場重聯加速暗條的爆發。

精確解譯彗星彗發水分子譜線研究進展

中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽課題組與德國馬普太陽系研究所博士Paul Hartogh課題組等基于羅塞塔號探測器MIRO儀器獲得的彗星67P/CG（亞）毫米波觀測數據，建立并利用三維模型對彗星彗發中的分子譜線觀測數據進行分析，進而利用該模型結合MIRO的儀器參數分析遙感觀測的三維空間效應的研究工作。研究系列成果分別發表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society和Astronomy and Astrophysics。歐空局羅塞塔號（Rosetta）彗星探測器于2014年到達木星族彗星67P/CG，在軌期間獲得了大量高精度的觀測數據，幫助人類認識和理解對彗星這類可能記錄著太陽系起源和演化重要信息的小天體。

脈沖星射電輻射周期調制研究進展

中國科學院新疆天文臺脈沖星團組閆文明副研究員利用澳大利亞Parkes64米射電望遠鏡的觀測數據，研究了PSR J1825-0935弱模式周期調制現象的性質。研究成果發表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。PSR J1825-0935的中間脈沖、主脈沖會在強和弱兩個狀態下周期性切換，調制周期約為33秒（相當于43個自轉周期）。中間脈沖和主脈沖的周期調制是鎖相的。強、弱兩種狀態下的偏振性質不同，即使是沒有參與周期調制的主脈沖后半部分，在兩種狀態下的偏振性質也有很大差別。這種相關現象無法用基于旋轉木馬模型的幾何模型來解釋，推測這種周期調制現象來源于脈沖星磁層中輻射狀態的周期性切換。