精準(zhǔn)操控技術(shù)

利用激光實現(xiàn)水下氣泡的3D精準(zhǔn)操控

復(fù)旦大學(xué)航空航天系鄧道盛/胡曼課題組開展激光操控水下氣泡彈跳運動的相關(guān)研究。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。實現(xiàn)液滴或氣泡的精準(zhǔn)靈活操控對于微流控芯片、生物醫(yī)藥傳遞、軟機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。研究巧妙利用純水介質(zhì)對980nm近紅外激光的體吸收光熱響應(yīng)特性，結(jié)合固/液界面對流傳熱，構(gòu)建了獨特的逆溫層區(qū)域，觀察到了氣泡在液體內(nèi)部做周期性的定點彈跳運動以及跟隨彈跳運動的三維運動模式。研究團(tuán)隊提出了一種非接觸高效三維操控氣泡的體系，揭示純水介質(zhì)中激光驅(qū)動氣泡彈跳運動的內(nèi)在機(jī)理，為開發(fā)設(shè)計新型的光流控器件做出了有益探索。

低成本高強(qiáng)韌鈦合金設(shè)計研究

西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點實驗室孫軍院士團(tuán)隊提出采用化學(xué)界面工程（CBE）制造納米馬氏體的新策略，制備層級納米馬氏體構(gòu)造的低成本超高強(qiáng)塑鈦合金。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。高比強(qiáng)度鈦合金是實現(xiàn)節(jié)能減排及輕量化的重要結(jié)構(gòu)材料，可通過調(diào)節(jié)晶界（GBs）和異相界面（PBs）的密度和空間分布特征優(yōu)化其宏觀力學(xué)性能，例如調(diào)控鈦合金中晶格不連續(xù)的α/β相界面結(jié)構(gòu)與特性可顯著提升合金的力學(xué)性能。文章提出的化學(xué)界面工程設(shè)計策略突破了鈦合金原有微觀組織/合金成分設(shè)計理念和熱機(jī)械加工方法的局限，為設(shè)計高性能先進(jìn)鈦合金和其他類似材料提供了新的思路。

骨誘導(dǎo)聚芳醚酮材料研發(fā)進(jìn)展

四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院張興棟院士團(tuán)隊朱向東研究員、張凱教授等人確證了生物材料骨誘導(dǎo)性在醫(yī)用高分子材料中的普適性。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science?Advance）。組織誘導(dǎo)性生物材料是一種不添加細(xì)胞和（或）生物活性因子，經(jīng)過精準(zhǔn)設(shè)計用于受損或缺失的組織或器官再生的生物材料。已獲批上市的骨誘導(dǎo)磷酸鈣生物陶瓷，被廣泛應(yīng)用于臨床骨缺損的再生修復(fù)；醫(yī)用金屬和高分子材料具有廣闊的力學(xué)調(diào)控空間，在承重骨修復(fù)方面具有獨特的優(yōu)勢。團(tuán)隊首創(chuàng)的骨誘導(dǎo)聚芳醚酮材料既是對我國原創(chuàng)生物材料組織誘導(dǎo)理論的補(bǔ)充和完善，也為新型骨和其他組織誘導(dǎo)類植入器械開發(fā)提供了研究思路和材料基礎(chǔ)。

用于信息存儲的新型二維多鐵材料研究

武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授何軍和高等研究院特聘研究員史建平課題組開展了二維金屬性p摻雜SnSe的多鐵性研究。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。永久存儲技術(shù)的終極目標(biāo)是通過有效手段控制存儲介質(zhì)中的穩(wěn)定狀態(tài)。磁電材料和多鐵材料通過利用鐵電序和磁序之間的交叉耦合，為數(shù)字信息處理提供了一條新的途徑，被譽(yù)為未來信息存儲的領(lǐng)航者。研究團(tuán)隊發(fā)展了一種普適的物理氣相沉積方法，首次在環(huán)境穩(wěn)定的二維材料體系中發(fā)現(xiàn)了室溫多鐵性，不僅為在二維尺度理解和調(diào)控多鐵特性提供了理想平臺，同時也為后摩爾時代新型信息存儲器件的研發(fā)開辟了一條新途徑。

能谷光子保真?zhèn)鬏敽投ㄏ蚍职l(fā)研究

華中科技大學(xué)王凱教授、陸培祥教授和新加坡國立大學(xué)仇成偉教授合作，首次實現(xiàn)了基于混合納米波導(dǎo)的WS2谷光子的保真?zhèn)鬏斉c定向分發(fā)。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》（Nature?Nanotechnology）。單層過渡金屬二硫化物（TMDC）等二維材料中因其具有特殊反演對稱性，形成了一個額外的自由度：能谷贗自旋（K和K'）。與傳統(tǒng)電子器件相比，能谷電子器件可具有更低的能耗和更快的處理速度。文章敘述了能谷信息的保真?zhèn)鬏斉c定向分發(fā)，為下一步搭建大規(guī)模谷電子器件網(wǎng)絡(luò)提供了解決方案。這種谷電子-光子混合器件為在芯片上同時集成谷電子器件、自旋電子器件與片上光子器件，構(gòu)建自旋-能谷-光子混合系統(tǒng)提供了新思路。

極高穩(wěn)定度量級的鐿原子光鐘

中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院呂寶龍研究團(tuán)隊與華東師范大學(xué)馬龍生團(tuán)隊合作，研制出一種高精度鐿原子光鐘，這個光鐘的頻率穩(wěn)定度達(dá)到E-18量級。相關(guān)成果發(fā)表于《計量學(xué)》（Metrologia）。鐿原子光鐘是一種以囚禁于光晶格中的超冷鐿原子為工作介質(zhì)的原子鐘。科學(xué)家在黑體輻射頻移的精準(zhǔn)控制、直流“Stark”頻移與原子碰撞頻移的抑制、鐘激光頻率穩(wěn)定度的改善等方面采取了系列創(chuàng)新措施，實現(xiàn)了光鐘穩(wěn)定度的大幅度提升，特別是采用了量子化軸方向與環(huán)境干擾磁場矢量相垂直的方案，大幅度地降低了鐘躍遷對相關(guān)干擾的敏感度，使得光鐘在地鐵干擾環(huán)境下仍然能夠正常工作。

高強(qiáng)不銹鎂合金研究

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院曾小勤教授團(tuán)隊在鎂合金表面引入具有持久鈍化效果的保護(hù)膜層，提出一種大幅度協(xié)同提高鎂合金強(qiáng)度和耐蝕性能的制備方案。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。絕對強(qiáng)度偏低和耐蝕性能不足是阻礙鎂合金大規(guī)模應(yīng)用的兩大瓶頸問題。合金化（尤其是添加稀土元素）是大幅度提高鎂合金強(qiáng)度的有效手段之一，但大多數(shù)合金化高強(qiáng)鎂合金中的第二相會和基體形成原電池而引發(fā)激烈的電偶腐蝕，從而大幅度降低鎂合金的腐蝕性能。如何通過合金化設(shè)計協(xié)同提升鎂合金的強(qiáng)度與耐蝕性是學(xué)界難點之一。文章報道的高強(qiáng)不銹鎂合金在工業(yè)制備中將開展積極應(yīng)用。

建立“氣液界面研究”的新實驗方法

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)田善喜教授等人利用時間延遲串聯(lián)質(zhì)譜儀開展氣液界面研究。相關(guān)成果發(fā)表于《化學(xué)研究述評》（Accounts?of?Chemical?Research）。氣液界面的微觀結(jié)構(gòu)及動力學(xué)是認(rèn)識物質(zhì)世界的重要內(nèi)容，但一直是實驗研究的難點。質(zhì)譜是一種有效且被廣泛使用的分析方法，但是在取樣以及電噴霧等技術(shù)的質(zhì)譜中，往往破壞了氣液界面處的樣品分子及其團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，無法實現(xiàn)原位物質(zhì)及其分布的探測。研究團(tuán)隊開發(fā)的時間延遲質(zhì)譜不僅是氣液界面微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)領(lǐng)域的一套全新實驗方法，還可用于海洋氣溶膠形成、生命物質(zhì)和手性起源等重要科學(xué)問題的探索及高能輻射損傷機(jī)制研究。