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用淚液充電的纖薄電池問世可為智能隱形眼鏡供電

新加坡南洋理工大學科學家開發(fā)出一種像人類角膜一樣薄的柔性電池，當它浸入鹽溶液甚至淚液中時可儲存電力，未來可為智能隱形眼鏡供電。該研究于2023 年6 月1 日發(fā)表在《納米能源》雜志上。

智能隱形眼鏡是高科技隱形眼鏡，能在角膜上顯示可見信息，并可用于訪問增強現(xiàn)實。當前主要用途包括幫助矯正視力、監(jiān)測佩戴者的健康狀況，以及透過淚液中的葡萄糖來測量血糖，為患有糖尿病和青光眼等慢性疾病的人標記和治療疾病。

智能隱形眼鏡需要數(shù)據(jù)的記錄、傳輸與存儲，例如利用無線技術接收數(shù)據(jù)，甚至可將數(shù)據(jù)投射到鏡片上。技術人員希望，在不久的未來，智能隱形眼鏡可記錄佩戴者看到和聽到的一切，并將其傳輸?shù)交谠频臄?shù)據(jù)存儲。

為了實現(xiàn)這一潛力，技術人員需要開發(fā)一種安全且合適的電池來為其供電。現(xiàn)有的可充電電池依賴于含有金屬的電線或感應線圈，不適合在人眼中使用，且會給用戶帶來風險。

南洋理工大學開發(fā)的電池由生物相容性材料制成，不含電線或有毒重金屬。它具有基于葡萄糖的涂層，可與周圍鹽溶液中的鈉離子和氯離子發(fā)生反應，而電池中含有的水則充當發(fā)電的“電線”或“電路”。

該電池也可通過人類的眼淚來供電，因為它們含有濃度較低的鈉離子和鉀離子。

研究人員用模擬淚液測試當前的電池，結果表明，每使用12 小時的佩戴周期，電池的壽命就會額外延長一個小時。此外，電池也可通過外部電源按常規(guī)方式充電。

（來源：科技日報）

科學家首次制備出基于“褶皺”的孤立微納結構

連綿的山丘、干癟的果皮、開裂的油漆墻面及布滿皺紋的肌膚……這些“褶皺”現(xiàn)象在日常生活中隨處可見。近年來，科學家致力于通過人為誘導的方式獲得可控制造的“褶皺”微觀結構，這已成為微納加工領域的研究熱點之一。

近日，國家納米科學中心研究員劉前和北京化工大學數(shù)理學院副教授王聰帶領的科研團隊提出一種利用電子束輔助激光誘導的新型應變加工技術，克服了褶皺本征波長對于應變結構可設計性的極大限制，首次制備出了孤立的可控可設計的褶皺亞微米應變結構。相關研究成果2023 年8月13 日在《激光與光子學評論》（Laser＆Photonics Reviews）上刊發(fā)。

褶皺是一種力學失穩(wěn)導致的表面應變結構。近年來，科學家利用激光誘導的起皺方法，有效解決了起皺微加工中遇到的無序性和缺陷問題，實現(xiàn)了褶皺周期可調(diào)控和周期性結構的可設計加工，使褶皺作為一種新型的微納加工方法向前邁進了一大步。然而，由于褶皺應變的傳遞性和周期性，孤立的褶皺結構一直未能實現(xiàn)。在科學家看來，這主要是由于“本征波長”的存在，激光誘導的方法只能制備接近本征波長的周期性微納結構。

在最新發(fā)表的論文中，科研人員通過輔以電子束輻照的方式，在聚苯乙烯-硅（PS-Si）雙層膜體系上首次實現(xiàn)了不含任何次級結構和無序褶皺的任意孤立褶皺結構。該技術手段成功突破了雙層膜體系中褶皺本征波長的限制，展示了任意孤立的微∕納米應變結構的可設計性和可控性。

論文顯示，科研人員通過新方法制造的凸起陣列結構能夠確保每個凸起結構的間距（5 微米）大于褶皺的本征波長，保證了每個凸起結構的相對獨立性。多種表征的結果顯示，此類凸起基本單元的橫向尺寸在亞微米量級，縱向尺寸在百納米量級，可滿足實際應用中對于表面微∕納米結構的要求。

電子束輻照是能夠實現(xiàn)任意設計孤立結構的可控制造的關鍵。論文提出了經(jīng)由電子束輻照區(qū)域的聚苯乙烯（PS）玻璃化轉變溫度升高的機理解釋，并對電子束在不同加速電壓下的作用效果進行了定量研究，指明了電子束抑制無序褶皺結構的最優(yōu)作用強度。

隨后，科研人員提出了一種全新的產(chǎn)生預應變結構的方法，即通過激光誘導下層PS 分解氣化的方式使得上層硅（Si）膜產(chǎn)生一定量的膨脹，以此為后續(xù)預應變轉化為高度可控的凸起基本單位做鋪墊。該過程的內(nèi)在機理同時被相關實驗和模擬充分佐證。以凸起結構為基本單元構建的多種基礎和復雜孤立結構也被制造，展示著該方法的高度可設計性。

科研人員相信，通過結合激光誘導預應變和電子束輻照兩種方法，這一新方法開創(chuàng)性地實現(xiàn)了任意應變結構，使以往無法加工的孤立應變微結構成為可能，使“激光路徑誘導”真正發(fā)展成為一種通用的微∕納米制造技術。

國家納米科學中心博士生瞿鈺松、南開大學博士生陳勝垚、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所博士生何炬星為文章共同第一作者，國家納米科學中心研究員劉前和北京化工大學數(shù)理學院副教授王聰為共同通訊作者。該項目得到了國家自然科學基金、國家重點研究發(fā)展計劃、歐盟第七框架計劃、中科院戰(zhàn)略先導A 項目、中央高校基本科研業(yè)務費等基金資助。

（來源：中國科學報）

原子核β衰變釋放四個粒子模式首次發(fā)現(xiàn)

科技日報2023 年9 月5 日報道，科學家首次觀測到一種新的衰變模式。在這種衰變中，氧的一種較輕的形式，即氧-13（有8 個質子和5 個中子），通過分裂出3 個氦核（一個沒有周圍電子的原子）、1 個質子而衰變。這項研究發(fā)表在最新一期《物理評論快報》雜志上。

此前，科學家觀察到一種有趣的放射性衰變模式——β+衰變。其中，質子轉化為中子，并通過發(fā)射正電子和中微子來釋放部分產(chǎn)生的能量。在最初的β 衰變之后，產(chǎn)生的原子核有足夠能量來“蒸發(fā)”額外的粒子，使自己更穩(wěn)定。

此次，通過觀察單個原子核分裂并測量其分裂產(chǎn)物，科學家觀察到了這種衰變。他們首次觀測到原子核經(jīng)β 衰變后釋放出3 個氦核（α 粒子）和1 個質子。這些發(fā)現(xiàn)可讓他們了解衰變過程和衰變前原子核的性質。

在這項實驗中，研究人員使用回旋加速器產(chǎn)生一束高能（約10%光速）的放射性原子束。他們將氧-13放射性物質束發(fā)送到探測設備中。

物質束停在這一充滿二氧化碳氣體的探測器內(nèi)，大約10 毫秒后通過發(fā)射1 個正電子和1 個中微子（β+衰變）進行了衰變。將氧-13 以一次一個原子核的方式注入探測器并等待其衰變，研究人員測量了β衰變后“蒸發(fā)”的粒子。

研究人員用計算機程序分析數(shù)據(jù)，以確定粒子在氣體中留下的軌跡，從而確定了觀察到的衰變，即β衰變后釋放出3個氦核（α粒子）和1個質子，這是一種每1 200次衰變僅發(fā)生一次的罕見事件。

（來源：科技日報）

新型頻分復用樹形光纖多用戶接入架構成果問世

2023 年8 月28 日，《自然-電子》刊發(fā)了鵬城實驗室電路與系統(tǒng)研究部先進承載網(wǎng)絡技術研究所研究員魏金龍與英國倫敦大學學院、香港中文大學（深圳）和英國南安普敦大學等研究人員合作完成的新型頻分復用（FDM）樹形光纖多用戶接入架構成果。

當前，光接入網(wǎng)采用分光樹形拓撲網(wǎng)絡架構，運用時分復用（TDM）機制來統(tǒng)籌多用戶的帶寬分配，導致不可預測的通信時延，難以滿足自動駕駛和工業(yè)控制等對時延和同步嚴苛要求的新興應用場景。

針對此問題，研究人員創(chuàng)新性提出了基于光頻梳參考光源和鎖頻技術的新型FDM機制的樹形光纖多用戶接入架構，可同時滿足用戶專用帶寬、確定性低時延、亞納秒級時間同步和易擴展的多重需求。

該研究展示了首個基于參考頻率實現(xiàn)復用和時間同步的240 Gbps 以上速率相干FDM 光接入系統(tǒng)，4 Gbps以上用戶專用速率，確定性收發(fā)信號處理時延小于10μs，用戶獲取的分布式參考時鐘抖動小于10 ps。用戶采用低成本1 GHz帶寬發(fā)送器，單個相干接收機同時接收所有用戶數(shù)據(jù)。而目前50 G TDM 光接入需要20 GHz 帶寬用戶發(fā)送器及上行突發(fā)模式接收機。

據(jù)介紹，該創(chuàng)新成果將為時延敏感和對同步要求較高的通信應用所面臨的關鍵技術挑戰(zhàn)提供有效解決方案。

（來源：中國科學報）

納米螺旋—解旋—再螺旋首次人工實現(xiàn)

記者2023 年9 月6 日從中國科學院合肥物質科學研究院獲悉，該院強磁場中心與南京大學陸輕銥教授、高峰教授課題組，中國科技大學等單位合作，依托該院穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置（SHMFF），發(fā)現(xiàn)一種晶體結構中微妙的競爭和協(xié)作關系，在螺旋和解旋產(chǎn)物晶體結構之間建立了微妙的能量平衡，首次實現(xiàn)了納米線與納米螺旋之間的多重可逆變化。研究成果日前在線發(fā)表于《自然·通訊》上。

納米材料扭轉形成螺旋晶體通常比較困難，這種納米螺旋經(jīng)解旋后再重新螺旋的可逆變化則更不易實現(xiàn)。

研究人員通過固體核磁共振譜和太赫茲譜，表明π-π 相互作用（兩個相鄰芳香環(huán)之間的一種相互作用）是螺旋生長中的關鍵作用力，并結合理論計算和各種驗證實驗，推測出螺旋機制來源于縮合反應和π-π 堆積過程之間的競爭作用，這種獨特的競爭生長機制及生長方式的微觀可調(diào)性，是構建細致可調(diào)的能量平衡體系、實現(xiàn)螺旋可逆變化的關鍵。他們通過針對性的設計改變分子間作用力，精細調(diào)控不同方向生長速度，使整體結構保持不變、能量平衡方向定向改變，成功實現(xiàn)了納米結構的螺旋、解旋和再螺旋。

這項研究提出了一種晶體可逆變化設計的新概念，這種基于調(diào)控分子間相互作用促成晶體多重可逆轉化的精細調(diào)變技術，為晶體學研究帶來全新視角，使多重復雜可逆過程的實現(xiàn)成為可能。

（來源：科技日報）

研究首次制造出亞微米厚度的柔性壓力傳感器

柔性壓力傳感器是得到關注最多的一類柔性傳感器，在生物醫(yī)學、腦機工程、智能制造等眾多領域得到了應用。近日，大連理工大學研究員劉軍山團隊與李明教授等團隊合作，獨辟蹊徑地提出了一種納米工程策略，首次制造出了亞微米厚度（0.85 μm）的柔性壓力傳感器。相關成果發(fā)表在2023年33期Small上，并被選為封面文章。

柔性壓力傳感器通常由上下兩層柔性電極層和中間的功能軟材料層組成，外界壓力會導致功能軟材料層產(chǎn)生壓縮變形，從而引起傳感器輸出信號的改變。而這種以功能軟材料層壓縮變形為主導的傳感機理，要求電極層具有相對較大的抗彎剛度，電極層厚度一般要比功能軟材料層大1～2個數(shù)量級。因此，現(xiàn)有的柔性壓力傳感器厚度只能在百微米甚至毫米量級，嚴重影響了傳感器的輕質性、變形性和共形性。

團隊通過納米工程策略，將柔性壓力傳感器的傳感機理，由功能軟材料層的壓縮變形為主導，轉變?yōu)槿嵝噪姌O層的彎曲變形為主導，從根本上解除了對于傳感器厚度的限制。由于超薄的柔性電極層擁有極強的變形能力，使得傳感器具有優(yōu)異的檢測性能。傳感器的單位面積重量只有2.8 g∕m2，相當于普通辦公打印紙的1∕29，能夠承受曲率半徑小至8.8μm 的面外超大彎曲變形，并且能夠與皮膚表面實現(xiàn)完全共性貼合。另外，傳感器的靈敏度為92.11 kPa-1，檢出限為0.8 Pa，均處于目前公開報道的最高水平。

納米工程策略可以成數(shù)量級地減小傳感器的厚度，從而突破性地提升傳感器的輕質性、變形性和共形性，同時還能夠使得傳感器具有超高的檢測性能，為柔性壓力傳感器的設計和制造提供一種全新的思路。

（來源：中國科學報）