世界一流科技期刊文章精選

新型仿生超彈性碳材

中國科技大學俞書宏院士團隊研制出一種兼具高度可壓縮性和可拉伸性的超彈性全碳多孔材料，研究人員稱其為“碳彈簧”。相關成果發表于Advanced Materials。該碳彈簧可以在-60%至80%的大應變范圍內實現可逆的拉伸和壓縮形變，并能完全回彈，類似于真正的金屬彈簧，這種彈性特性使其與幾乎所有先前報道的多孔碳材料區分開來。鑒于該碳彈簧的獨特變形機制和機械性能，以及良好的導電性，研究人員將其作為關鍵部件，成功研制了可檢測微小振動的應變傳感器件，其應變檢測限至少為±0.5%，可檢測的最高振動頻率至少為1000Hz，并能對多種復雜的振動模式做出靈敏的響應，其中包括模擬的地震波振動。

碳彈簧在智能振動和磁性傳感器件方面的應用（圖片來源于中國科學技術大學網站）

碳彈簧制備過程示意圖及其微觀結構和機械性能特征（圖片來源于中國科學技術大學網站）

大尺寸共價有機框架的超快單晶聚合

復旦大學高分子科學系魏大程團隊提出“超臨界溶劑熱法”，將單晶聚合反應速率提高10萬倍。相關成果發表于Nature Communications。研究發現，超快單晶聚合得益于超臨界流體所具有的低表面張力、低黏度和高擴散系數等特性。相較于有機溶劑，超臨界流體表面張力近乎為零，黏度極低，有利于反應單體的擴散，加快了聚合速率，提高了反應的可逆性。2D COFs單晶尺寸達到0.2毫米，晶體生長速率約40微米每分鐘，較現有2D COFs單晶生長方法提高了約10萬倍，較其他超快2D COFs多晶或納晶生長技術提高了約6000倍。

新型硒吩類小分子受體材料

北京理工大學化學與化工學院王金亮教授團隊與國內外科學家合作，在硒吩類聚合物太陽能電池受體材料領域取得新進展。相關成果發表于Angewandte Chemie International Edition。研究團隊合成了一系列A-DA′D-A型非富勒烯小分子受體材料（S-YSS-Cl、A-WSSe-Cl和S-WSeSe-Cl），通過逐步增加硒吩環的數目并結合不對稱分子骨架的協同策略，精準地調控和優化了硒吩類聚合物太陽能電池薄膜的形貌和器件性能參數，獲得了高達17.51%的光電轉換效率，可以有效地解決二元電池器件參數之間的平衡問題，實現了光電轉換效率上的突破。

基于柔性有機微納激光陣列實現人造光子皮膚

中國科學院化學研究所光化學院重點實驗室趙永生研究員課題組發展了一種雙層電子束直寫技術，實現了全有機柔性微腔激光陣列的大規模制備，進而設計了基于耦合腔結構的光子學傳感器網絡，最終展示了其類皮膚的機械傳感應用。相關成果發表于Science Advances。柔性電子學在人造智能皮膚設計方面已經取得了巨大成功，但以光子作為信號載體的柔性光子學具有非侵入性、超靈敏性、無電磁干擾及并行處理等優點，有望進一步推動人造智能皮膚的發展。這種新型柔性光子學芯片在人的本體感覺重構、人機交互和機器人自保護系統等領域具有廣泛的應用前景。

高強高耐蝕鎂合金材料

中國科學院金屬研究所許道奎研究員團隊與南京工業大學信運昌教授課題組合作，在鎂合金力學強度與耐蝕性協同提升研究方面取得重要突破。相關成果發表于Nature Communications。采用多道次三向壓縮技術制備孿晶組織，通過對壓縮路徑及道次應變的獨特設計，利用12道次低應變和高應變循環交替壓縮，在AZ80鎂合金中成功地制備出平均片層厚度約為200nm的高密度孿晶組織，使平均晶粒尺寸從初始材料的33mm左右細化至300nm，其抗拉強度高達469MPa，是已報道該系列鎂合金中強度最高的。新材料析出相呈顆粒狀，細小且均勻分布在鎂基體中，顯著抑制了局部腐蝕的發生，將腐蝕速率降低了一個數量級。

高密度孿晶組織的微觀結構（UFT-4樣品）（圖片來源于中國科學院金屬研究所網站）

析出相的微觀結構（圖片來源于中國科學院金屬研究所網站）

一種高靈敏的柔性離子凝膠壓感皮膚

上海交通大學機械與動力工程學院機器人研究所朱向陽教授、谷國迎教授團隊與合作者在高靈敏柔性離子凝膠壓感皮膚研究上取得新進展，相關成果發表于Advanced Materials。新設計的壓力傳感器主要由離子導電的水凝膠和導電金屬織布組成，與傳統的pF級平行板電容壓力傳感機理不同，該器件采用了新型的超高電容機理，將平行板電容中間絕緣的介電層替換為離子導電的水凝膠層，水凝膠與金屬電極在界面處形成了雙電層，金屬電極表面的正負電荷分別吸引水凝膠中相反極性的離子，在界面處大量微觀的離子-電子對形成微電容，由于其間隙由毫米級降低至納米級，其電容值顯著增強，在宏觀上形成了nF至μF級的超高單位面積電容。

開發共熔體系處理木質纖維素

北京林業大學材料學院薛智敏副教授和中國人民大學牟天成教授合作，闡述3種以上共熔物的工作，并對共熔物的發展做了展望。相關成果發表于Chemical Society Reviews。低共熔溶劑作為一類新興體系，在林木生物質處理和轉化中表現出極大的潛力。論文從共熔物的形成入手，梳理了導致熔點降低的原理（熵效應、化學勢、相互作用、振動擴散機理和氣-液-固-固四相機理）。然后論述了共熔金屬、共熔鹽和低共熔溶劑的性質和應用。最后提出了在化學與化工領域，機器學習現階段依賴于實驗室和工業界的信息輸入。將來，基于算法的研究可以指導、設計共熔體系，可用于實驗室研究和工業化生產。

全疏水離子液體凝膠用于可穿戴水下傳感與通信

中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊陳濤研究員團隊與浙江省之江實驗室鄭音飛教授團隊合作，利用疏水界面對水分子和導電離子的擴散屏障功能，開發了一種具有水下長期穩定性的全疏水離子液體凝膠材料，并實現了其在水下環境中的傳感與通信應用。相關成果發表于Materials Horizons。離子導電凝膠材料具有良好的生物相容性、力學匹配性與可修飾性。通過疏水單體（丙烯酸叔丁酯，t-BuA）在疏水離子液體（1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，[BMIm]TFSI）中的聚合，制備了具有全疏水結構的離子液體凝膠。其優異的抗溶脹和防離子泄漏性能確保了該離子液體凝膠在水環境中能保持長期穩定。

新特提斯軟流圈的不均一性及再循環的古老大洋地幔

中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室吳福元院士、劉傳周研究員及團隊成員與中國地質大學（北京）的朱弟成教授合作，利用新特提斯縫合帶西段土耳其境內的Kop Mountain蛇綠巖中的地幔橄欖巖，同時結合新特提斯蛇綠巖的已有數據，對軟流圈的不均一性及其成因進行了深入研究。相關成果發表于Geochimica et Cosmochimica Acta。軟流圈是地球內部一個“承上啟下”的圈層。研究顯示，Kop Mountain蛇綠巖中的地幔橄欖巖具有相對飽滿的化學組成。從而揭示了地幔部分熔融和熔體交代過程中Re-Os和Lu-Hf兩種同位素體系表現出的不同地球化學行為。

新特提斯在地質歷史上的演化、縫合帶位置（a-b）及其軟流圈的不均一狀態和再循環的古老地幔性質（c）（圖片來源于中國科學院地質與地球物理研究所網站）

新特提斯縫合帶西段蛇綠巖分布、Kop Mountain蛇綠巖位置（a）及地質簡圖（b）（圖片來源于中國科學院地質與地球物理研究所網站）

黑土耕層厚度影響作物養分吸收和產量

中國科學院東北地理與農業生態研究所劉曉冰研究員和金劍研究員等人針對黑土層變薄如何影響作物產量的科學問題開展研究。相關成果發表于Land Degradation and Development。對土壤侵蝕導致黑土層變薄從而降低中國黑土不同作物生產力的研究，尤其是有關作物根系吸收養分方面的研究缺少科學數據。研究發現，與大豆相比，玉米對耕層厚度的響應更為敏感，主要是土壤養分有效性降低及作物從土壤中獲取養分的能力下降，耕層變薄進一步加劇了養分缺乏對玉米產量的限制。因此，研究提出，針對土壤侵蝕導致的耕層變薄的黑土，應關注玉米的施肥策略保證養分供應以確保玉米產量，比大豆更為關鍵。

草原生態保護補助獎勵政策實施效果

北京大學現代農學院侯玲玲研究員與國內外合作者結合遙感數據和農牧戶實地調研數據，系統評估了草原生態保護補助獎勵政策的實施效果。相關成果發表于Nature Communications。研究表明，生態補獎政策在一定程度上改善了草地質量，促進了農牧民增收。農牧民在獲得生態補獎資金后在一定程度上改變了放牧行為，草地質量因此得以改善。由于PES（生態系統服務付費機制）自身的特點，該政策也會使相對富裕的農牧民獲得更多的生態補獎資金，加大了貧富差距。針對該政策實施中可能存在的問題，該研究還建議采用遙感數據和無人機等先進技術加大監管力度，在現有基礎上不斷完善補償標準、設置配套措施，因地制宜地推進草原生態補獎政策。

氣候變暖對天山雪嶺云杉林固碳能力影響

中國科學院新疆生態與地理研究所荒漠與綠洲生態國家重點實驗室陳亞寧研究員團隊以天山雪嶺云杉林為研究對象，計算了雪嶺云杉地上生物量1850年—2017年間的年固碳能力，并探討了影響雪嶺云杉固碳能力的關鍵氣候因素。相關成果發表于Forests。溫度，尤其是最低溫度的持續升高，是導致天山雪嶺云杉固碳能力增加的關鍵氣候因素，兩者對天山雪嶺云杉固碳能力變化的貢獻率分別為75%和44%。可以預見，未來全球變暖背景下，尤其是隨著未來西北地區冬季氣溫和最低氣溫的持續升高，天山雪嶺云杉林固碳量將顯著增加。該研究結果可為評估全球變化背景下新疆乃至全球干旱區山地森林生態系統碳儲量變化提供研究基礎。

黑河流域系統模型的發展與應用

中國科學院青藏高原研究所李新研究員與科學家們開展了黑河流域生態-水文過程集成研究。相關成果發表于Environmental Modelling & Software。他們研發的黑河流域系統模型主要包括4大模塊，一是流域生態水文模型，它由上游地區的分布式生態-水文模型和中下游地區的分布式生態-水文模型集成；二是社會經濟模型，它由宏觀水經濟模型WEM和微觀代理人模型ABM組成；剩余兩個是土地利用模型和水資源模型，這兩個模型是連接生態水文模型和社會經濟系統的界面模型。模型在流域多尺度水量平衡的精細閉合、用水效率和水生產力分析、中長期生態水文模擬和預測、關鍵水資源管理措施的生態響應研究以及流域可持續發展決策支持系統構建等方面開展了應用。

黑河流域系統模型框架（圖片來源于中國科學院青藏高原研究所網站）

未來流域系統模型的目標（圖片來源于中國科學院青藏高原研究所網站）

川西淺層黃土滑坡失穩機理研究

中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所陳寧生團隊基于現場勘探、室內試驗、數值模擬和強度反演計算，在淺層黃土滑坡失穩機理研究方面取得新進展。相關成果發表于Landslides。四川西北地區分布著大量的黃土堆積，獨特的地形條件和氣候特征使得川西地區黃土滑坡的成災背景、形成條件和成因機制有別于其他典型黃土地區，具有較高科學研究價值。2020年3月5日，四川省松潘縣窯壩村發生淺層黃土滑坡，對下方村民130人的生命和財產安全造成嚴重威脅。團隊對其機理分析研究后發現，在區域強烈水動力條件和滑坡后端凹槽地形匯流作用的基礎上，異常高溫使融雪水突增，加速含水率飽和，使土體抗剪強度達到極限平衡狀態從而失穩滑動。

新技術助力珠江口油氣勘探

中國科學院廣州地球化學研究所研究員熊永強課題組對珠江口盆地白云深水區有效烴源巖（文昌組和恩平組）中鍵合態正構烷烴分布和單體烴碳同位素組成（δ13C）進行分析，以在扣除油基泥漿污染的前提下，揭示研究區各層系烴源巖的真實特征。相關成果發表于Marine and Petroleum Geology。珠江口盆地白云凹陷位于我國南海北部陸坡深水區，油氣資源豐富，但受實際勘探條件的制約，巖芯獲取難度大，且獲取的巖屑大多受到油基泥漿污染，阻礙該區潛在烴源巖的地球化學評價。研究表明，油基泥漿可侵入巖屑內部，嚴重影響催化加氫熱解產物中正構烷烴的分布特征；離線脫吸附可有效消除油基泥漿的污染，同時不影響鍵合態正構烷烴的分布特征。

與往年相比，中國2020年春天提前了8.4天

中國科學院地理科學與資源研究所蘇奮振、付東杰等人開展了2020年新冠肺炎疫情防控下中國春天的研究。相關成果發表于Science Advances。文章采用大數據技術，分析了中國2020年防控措施前后各指標的變化，包括人群活動強度、大氣排放及物質、氣溶膠大氣透過率、光合有效輻射、葉面積指數和總初級生產力等，進而分析過去20年春天植被指標的變化趨勢，并與2020年春天植被指標進行比較。研究發現，防控措施實行后，人類活動大幅下降，大氣顆粒物減少，大氣透過率增強，太陽有效輻射增加，植被生長增強。與往年相比，中國2020年春天提前了8.4天，植被LAI值增高17.45%。