科普知識

1 以色列智能道路：讓電動車邊充電邊行駛

目前，電動汽車或借助兩根朝天“長辮”，或通過自帶充電電池供電前行。前者行駛路徑受到限制，后者不僅充電費時，且因電池自重而耗能。針對這兩種電車存在的問題，以色列初創(chuàng)公司伊萊克特瑞昂無線（ElectReon Wireless）開發(fā)出獨特的解決方案：鋪設(shè)能進行無線充電的智能道路，讓帶有少量電池的汽車在這種道路上邊充電邊行駛。

（1 ）經(jīng)濟環(huán)保，讓電動汽車使用最少電池

電動出行是解決交通二氧化碳和污染排放的最佳方法，但電動汽車本身卻受到電池的限制。他們認為，使用最少電池的電動汽車是環(huán)境可持續(xù)的解決方案，也是最具成本效益的解決方案，特別是對商用或重型車輛更是如此。

伊萊克特瑞昂無線公司的智能道路包括，將眾多銅質(zhì)線圈延道路方向水平埋放在道路瀝青路面下方8 cm處，線圈與控制管理單元相連接。線圈的作用是將電能以無線方式傳輸給車輛下方的能量接收器，從而為電池充電提供所需的動力。車輛的大小和能耗決定了接收器的數(shù)量。整個系統(tǒng)能夠讓汽車延長行駛里程，并因采取較小容量電池，從而容納更多乘客，提高了運輸效率。

通常一輛公共汽車每天行駛200 km所需的能量為400 kW·h，而他們開發(fā)的系統(tǒng)能為行駛在智能無線充電道路上的每輛公共汽車提供至少40%的充電時間，這樣公共汽車所攜帶的充電電池功率只需約40 kW。

（2 ）多次測試，確保項目在實踐中的可行性

首個研究項目，是在瑞典進行的名為古特蘭智能道路的試驗。研究人員對一輛重達40 t的試驗卡車進行全程無線充電，目標是證明其產(chǎn)品可以在世界各地進行商業(yè)化推廣和運營。事實上，按照瑞典政府的要求，公司安裝的試驗性基礎(chǔ)設(shè)施整個冬季都處在瀝青路面下。他認為，該試驗是非常重要的階段，因為下階段將在瑞典開展長約30 km的、規(guī)模更大的半商業(yè)性試驗。為獲得瑞典政府的批準，公司必須證實其安裝的基礎(chǔ)設(shè)施能夠經(jīng)受當?shù)囟镜目简灐Ｒ虼耍盘靥m智能道路的試驗項目是一個非常重要的里程碑。

（3 ）著眼未來，無線充電或成電動交通重點

許多國家或地區(qū)在未來將發(fā)布禁止燃油動力汽車的禁令，此舉可能會讓類似所開發(fā)的技術(shù)成為電動交通的重點。目前，以色列政府的目標是到2030年，汽油和柴油動力新車數(shù)量為零。此外，全球還有其他國家也緊隨其后，宣布了各自的計劃，在未來10年內(nèi)逐步放棄使用燃油汽車。伊蘭表示，從現(xiàn)在開始，約10年后，自主交通將變得更加普遍，這為他們公司的解決方案與自主駕駛車輛之間提供了非常自然的結(jié)合契機，因為這些車輛能在無線充電技術(shù)的支持下，依靠少量電池全天候邊充電邊行駛，而無需駕駛員為其充電。

2 新型探針問世 測量原子力有了納米“觸角”

2020年8月，從浙江大學獲悉，該校胡歡研究員團隊聯(lián)合美國IBM沃森研究中心以及東華大學彭倚天教授團隊合作發(fā)明出一種新型納米球探針技術(shù)，可以精準測量納米到微米尺度范圍的界面，填補了該尺度空缺，解決了納米摩擦學領(lǐng)域的重要技術(shù)瓶頸。

原子力顯微鏡被用于研究物體接觸時的“力量”，其核心構(gòu)件探針如同昆蟲的“觸角”，能夠?qū)悠繁砻娴淖饔昧D(zhuǎn)換成微懸臂梁的彎曲，進而通過激光束探測到。其中球形原子力探針在形變、硬度、力學屬性等方面更具優(yōu)勢。然而傳統(tǒng)球形原子力探針尺寸為1～10 um，在納米尺度的測量存在盲區(qū)。與此同時，球形探針通過膠水粘貼，粘貼位置因難以把控而會影響精確度，遇到高溫或液體容易脫落。

高能氦離子束可以聚焦成為直徑在0.5 nm左右的束斑，像一把超級小的刀，能夠?qū)⒉牧显诩{米尺度任意切割，但在硅材料襯底中注入高能氦離子束會形成隆起。研究組進行了第一個利用氦離子隆起效應制造納米球探針的實驗。通過聚焦離子刻蝕在普通原子力顯微鏡探針上雕刻出一個平臺，在平臺上精準定位后注入高能氦離子束，使得單晶硅隆起，實現(xiàn)了一種穩(wěn)定可靠的納米球探針技術(shù)制造工藝，制成了具有高分辨率、高準確性、耐高溫的球形探針，針尖的直徑可在0.1 ～1 um之間精確調(diào)控。

該技術(shù)有利于促進納米摩擦學、生物材料的測試和研發(fā)，對材料學、摩擦學、生物醫(yī)學都會起到很好的推動作用。研究論文刊發(fā)于學術(shù)期刊《蘭格繆爾》。