通過自下而上的設計策略實現幾何可重構三維細觀結構與電磁器件

通過自下而上的設計策略實現幾何可重構三維細觀結構與電磁器件

清華大學航院張一慧教授團隊與合作者在多穩態三維微結構與可重構電磁器件方面取得進展。相關論文發表于Science Advances。可重構功能器件由于可以在不同的工作狀態間迅速切換而愈發受到研究者們的關注，目前已經在信號傳輸、能量收集、生物信息采集等領域有重要的應用。論文提出了一套通過矢量調控屈曲組裝實現幾何可重構三維結構的策略，該策略基于屈曲組裝中可重構力學機理的深入研究，實現了從簡單單胞到復雜結構自下而上的系統化設計，也實現了具備離散-連續雙重調控能力的可重構電子器件，同時適用于廣泛的高性能材料和較寬的特征尺度范圍，因此在多種復雜應用場景下具有獨特的優勢。

空化流動數值模擬方法研究

中國科學院力學研究所研究團隊在空化流動數值模擬方法研究中取得進展。相關論文發表于International Journal of Multiphase Flow。空化是水下高速航行體和高速推進技術面臨的主要問題。研究人員建立了兩個模型：首先，通過引入氣泡數密度來表征空化區內部結構，并建立氣泡數密度的輸運方程來模擬云狀空化內部演化。其次，通過量綱分析和空泡群的直接模擬建立了基于空泡群的空化模型。這樣就形成了一個宏觀-細觀耦合的計算方法。并利用該方法對云狀空化的形成機制與潰滅壓力特征進行了分析。利用該模型，研究人員對云狀空化流動的機理有了更進一步的認識，同時研究了細觀結構對潰滅的影響機制。

助力農業生產，將大棚布研制成發電機

浙江大學生物系統工程與食品科學學院IBE團隊平建峰研究員課題組提出了一種簡便有效的方法，從農業環境中挖掘自然能源并將其高效轉化為電能。將摩擦納米發電機技術應用于農用紡織品中，并用于降雨時雨水能的收集，通過能量轉化獲取電能。相關論文發表于Nano Energy。該聚合物能夠防水并與環境中的雨水發生電子轉移。而碳化鈦感應電極，不僅具有高導電性能，還因其高電負性可以助力表面聚合物搶奪電子。因此在實現農用紡織品原有的農用保護材料保溫、遮陽、水土保持、排水灌溉、種子培育基材的功能基礎上，還能從農業環境中源源不斷地獲取能源，為智慧農業提供驅動力。

高性能微流體柔性應變傳感器

中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心研究員王磊、副研究員李暉團隊，在利用波浪形微通道設計改善基于液態金屬的柔性應變傳感器遲滯性、響應時間和靈敏度方面的研究取得新進展。相關論文發表于ACS Applied Materials & Interfaces。該柔性應變傳感器可承受高達320%的應變且能夠正常工作，波浪形結構能夠有效抑制微通道的粘彈性，遲滯性從6.79%提高到1.02%。此外，通過延長波浪形微通道長度，同時傳感器的靈敏度（GF=4.91）和分辨率得到提高，能夠檢測到低至0.09%的極微小應變變化，響應時間低至116ms。實驗驗證該柔性應變傳感器能夠被用于人體和機器人的運動監測。

多倍頻高性能摩擦納米發電機

浙江大學海洋學院海洋電子與智能系統研究所納米能源研究團隊徐志偉等，利用生活中常見的氣球制作成了可用于收集波浪能的多倍頻高性能摩擦納米發電機。相關論文發表于Advanced Energy Materials。研究團隊制備了一種基于水氣球（WB-TENG）的多倍頻高性能摩擦納米發電機用于波浪能收集。所提出的WB-TENG由一個方形盒和一個水氣球兩部分構成。方形盒內壁上覆蓋一層導電銅箔，再在導電銅箔表面粘貼一層尼龍薄膜。將導線放到氣球中，然后向氣球中注入氯化鈉水溶液，最后通過打結的方式進行密封。WB-TENG除了作為發電器件，還可以作為傳感器件反應波浪的振動情況。

隨機相位散射光的相干性與渦旋動力學研究

中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術實驗室與普林斯頓大學電子工程系合作，對具有不同相干長度隨機相位光束經非線性傳播后所形成的散斑場的統計性進行了實驗測量，觀察到隨著自由光渦旋的產生，散斑場的自關聯函數從冪律衰減退化為指數衰減。相關論文發表于Nature Photonics。論文以光子學系統對凝聚態物理中的Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相變理論進行了量化實驗驗證，印證了非線性光學與凝聚態物理、冷原子物理等多個學科之間有著某些共同的理論基礎，揭示了隨機光場的相關性與渦旋動力學之間深刻而復雜的聯系，為探索非平衡態下的相干-渦旋動力學提供了新基點。

多尺度共形褶皺功能表面研究

上海交通大學機械與動力工程學院張文明教授團隊開展多尺度共形褶皺功能表面研究。相關成果發表于Advanced Functional Materials。褶皺結構在自然界與人造系統中廣泛存在，如人體皮膚褶皺、氣道黏膜、手指指紋、干枯水果表皮、地質巖層與褶皺連衣裙等。論文提出了一種單層石墨烯后固化轉移方法，構筑了無分層式多尺度石墨烯共形褶皺功能表面，闡明了高溫后固化工藝引入梯度界面層的化學成因，揭示了界面黏合強度增強效應的力學機理，有效解決了多層硬膜-軟基系統中的分層失效難題。這種石墨烯表面具有優異的光學衍射性能與表面浸潤性，在智能表面器件等應用方面有著潛在的價值。

大幀數高幀率的超表面動態全息顯示新方法

武漢光電國家研究中心熊偉教授、夏金松教授及新加坡國立大學洪明輝教授團隊合作，提出了一種新穎的超表面動態全息顯示方法，將高速動態光調制器件與靜態超表面器件結合，實現了可見光波段每秒萬幀的高幀率及海量的動態顯示幀數。相關論文發表于Science Advances。研究團隊設計了基于數字微鏡器件（DMD）的高速高精度結構光場調制系統。該系統可以將DMD微鏡陣列調制的結構光束進行縮束，并精確投影到超表面不同空間信道對應的位置，從而實現每個空間信道的獨立開啟與關閉。DMD器件可以實現每秒萬幀的光場調制速度，利用這種方式實現了大幀數、高幀率的超表面動態全息顯示。