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全球首次！中國團隊獲得深海原位固體可燃冰樣品

2023 年9 月29 日，中國工程院院士謝和平團隊自主研制的全球首套深海沉積物（可燃冰）保壓保溫取樣/存儲裝備搭載“奮斗者”號萬米載人深潛器完成海試任務。本次海試實現了深海原位壓力溫度的固體可燃冰樣本主動保壓保溫獲取，實現全球零的突破，有望破解可燃冰資源原位勘探開發難題，同時也為深海原位保壓保溫科研與工程提供了全新的儀器裝備。

謝和平領銜的深圳大學、四川大學團隊與金石鉆探（唐山）有限公司團隊，基于國家重大科研儀器研制項目“深部巖石原位保真取心與保真測試分析系統”技術成果，自主拓展研制了全球首套深海沉積物（可燃冰）保壓保溫取樣/存儲裝備。該裝備采用深部原位自觸發保壓與主動-被動聯合保溫等技術手段，保持樣本在取心、轉移全過程溫度、壓力與深海原位一致，設計保壓能力40兆帕、保溫范圍0～20 ℃。2023 年9 月29 日，依托海南省深海技術創新中心“深海深淵科考與裝備海試共享航次”（TS-36-2），經8 小時的深潛作業，研究團隊在1 385 米深海成功獲得保持14.5 兆帕原位壓力、3 ℃原位溫度的固體深海沉積物/可燃冰樣品，攻克了深海沉積物（可燃冰）保壓取樣技術難題。

“很榮幸能親歷深潛海底，完成這個歷史性時刻。”團隊成員陳領表示，“此次海試成功獲得了深海原位溫度壓力的固體可燃冰樣本，驗證了我們設備的保壓保溫技術原理與工作能力”。

據悉，謝和平團隊長期致力于深部原位保真取心與保真測試技術裝備研究。早在2022年9月，團隊使用該套保壓保溫取心實驗室原理樣機，曾在南海1 370 米水深區域獲得保持原位壓力13.8 兆帕、溫度6.51 ℃的流態可燃冰（二次水合物）樣品。

（來源：中國科學報）

強力強度獲得迄今最精確測量

據歐洲核子研究中心（CERN）官網2023年9月25 日報道，在一項最新研究中，大型強子對撞機（LHC）上超環面儀器實驗（ATLAS）合作組使用弱力的電中性載體——Z 玻色子，以創紀錄的精度（不確定度低于1%）確定了強力的強度。相關論文已經提交《自然·物理學》雜志。

粒子物理學標準模型指出，自然界中存在四種基本力：強力、電磁力、弱力和引力，其中將夸克結合成質子、中子和原子核的強力相同作用最強。強力由膠子攜帶，其強度被稱為強耦合常數。盡管經過多年測量和理論發展，科學家們對強耦合常數的認識有所提高，但其值的不確定度仍比其他“同伴”大幾個數量級。

分析小組成員、CERN 物理學家斯蒂法諾·卡馬爾達指出，強力的強度是標準模型的關鍵參數，但其精度目前僅為百分之幾，而比強力弱15 倍的電磁力的精度達到十億分之一。

為提升強力強度測量的精確度，ATLAS 合作組研究了LHC上碰撞能量為8太電子伏特（TeV）的質子-質子碰撞產生的Z玻色子。當相互碰撞的質子中的兩個夸克湮滅時，通常會產生Z 玻色子。在此過程中，強力通過從湮滅夸克上輻射出的膠子而發揮作用。這種輻射會賦予Z 玻色子一個橫向動量，其大小取決于強耦合常數。精確測量Z 玻色子橫向動量的分布，并與理論值進行比較，可以確定強耦合常數。

在最新分析中，研究團隊據此精確測定Z 玻色子質量尺度下強耦合常數為0.118 3±0.000 9，該結果的相對不確定度僅為0.8%，是迄今單次實驗對強力強度最精確的測量。

研究團隊指出，對強耦合常數進行更精確測量具有重要意義。首先，可提升與強力有關的粒子過程的理論計算精度；其次，有助于解決一些重要的未解之謎。例如，在極高能量下，所有基本力是否強度相同，并由此推斷它們是否擁有潛在的共同來源，以及是否會有未知的相互作用能在某些過程或特定能量下改變強力等。

（來源：科技日報）

高效量子引擎開發或將推動量子革命

科技日報2023 年9 月27 日報道，日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）、德國凱澤斯勞滕大學和斯圖加特大學的科學家團隊合作，利用量子力學原理設計并制造出一種引擎。這是根據粒子在極小尺度上遵守的特殊規則開發的引擎，它不依賴于傳統的燃料燃燒方式。相關論文2023 年9 月27 日發表在《自然》雜志上。

自然界中的所有粒子都可根據其特殊的量子特性分為玻色子或費米子。在非常低的溫度下，量子效應變得非常重要，玻色子的能態比費米子低，這種能量差可用來為發動機提供動力。量子引擎不像傳統引擎那樣周期性地加熱和冷卻氣體，而是通過將玻色子轉換為費米子然后再轉換回來的方式工作。

OIST 量子系統部門負責人托馬斯·布施教授解釋說，要把費米子變成玻色子，可拿出兩個費米子，然后把它們組合成一個分子。這種新分子是玻色子，打破它可再次得到費米子。通過這樣的周期性操作，他們可在不使用熱量的情況下為引擎提供動力。

雖然這種類型的引擎只在量子狀態下工作，但研究團隊發現其效率相當高，在實驗裝置中可達到25%。

這一新引擎是量子力學領域一項令人興奮的發展，并有可能在新興的量子技術領域取得進一步進展。但研究人員表示，盡管這些系統非常高效，目前的研究還只是做了概念驗證，在制造有實用性的量子引擎方面，仍存在許多挑戰。例如，如果溫度太高，熱可能會破壞量子效應，因此研究人員必須使系統盡可能地保持低溫。這需要在低溫下用大量的能量進行實驗，以保護敏感的量子態。

（來源：科技日報）

科學家利用玻璃造出飛秒激光器

科技日報2023 年9 月27 日報道，商業飛秒激光器是通過將光學元件及其安裝座放置在基板上制造的，這需要對光學器件進行嚴格對準。那么，是否有可能完全用玻璃制造飛秒激光器？據最新一期《光學》雜志報道，瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家成功做到了這一點，其激光器大小不超過信用卡，且更容易對準。

研究人員表示，由于玻璃的熱膨脹比傳統基板低，是一種穩定的材料，因此他們選擇玻璃作為襯底，并使用商用飛秒激光器在玻璃上蝕刻出特殊的凹槽，以便精確放置激光器的基本組件。即使在微米級的精密制造中，凹槽和部件本身也不夠精確，無法達到激光質量的對準。換句話說，反射鏡還沒有完全對準，因此在這個階段，他們的玻璃裝置還不能作為激光器使用。

于是，研究人員進一步設計蝕刻，使一個鏡子位于一個帶有微機械彎曲的凹槽中，凹槽在飛秒激光照射時局部可扭動鏡子。通過這種方式對準鏡子后，他們最終創造出穩定的、小規模的飛秒激光器。

盡管尺寸很小，但該激光器的峰值功率約為1千瓦，發射脈沖的時間不到200 飛秒，這個時間短到光都無法穿過人類的頭發。

這種通過激光與物質相互作用來永久對準自由空間光學元件的方法可擴展到各種光學電路，具有低至亞納米級的極端對準分辨率。

（來源：科技日報）

我國科研團隊實現全被動量子密鑰分發

記者2023 年9 月26 日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊韓正甫、王雙等與合作者提出了一種無需主動調制的新型量子密鑰分發實現方案并完成了實驗驗證，為實現高現實安全的量子密鑰分發系統提供了新思路。該成果于2023 年9 月13日發表在國際學術期刊《物理學評論快報》上。

量子密鑰分發理論上可以實現無條件安全的密鑰共享，但器件特性、調制精度、環境干擾等因素有可能造成系統的現實安全性問題。例如，郭光燦團隊發現，系統中廣泛使用的鈮酸鋰主動調制器件，可能會受到光折變等側信道攻擊而泄露信息。

為徹底解決主動調制帶來的隱患，郭光燦研究團隊與合作者另辟蹊徑，設計了無需主動調制的量子密鑰分發系統。該系統方案克服了此前無法同時實現“被動”光強調制和量子態編碼的矛盾，并給出了考慮“有限長效應”的嚴格安全密鑰率。團隊通過全被動時間戳—相位編碼解決信道環境干擾的難題，同時通過優化后選擇策略解決數據吞吐量過大的難題，最終完成了無需任何主動調制的量子密鑰分發系統，驗證了全被動量子密鑰分發的安全性與可行性。

該研究成果為實現高現實安全的量子密鑰分發系統提供了全新思路，對推動該領域的實用化和標準化具有重要意義。

（來源：科技日報）

國內最大跨度跨海橋梁完成主塔承臺

2023 年9 月25 日，記者從中國鐵建獲悉，國內最大跨度跨海橋梁——寧波舟山港六橫公路大橋二期工程雙嶼門特大橋完成主塔承臺，標志著大橋正式進入地上主塔承臺施工階段。

雙嶼門特大橋是我國最大跨度跨海橋梁，也是世界最大跨度單跨吊鋼箱梁懸索橋，一舉將中國跨海橋梁主跨最大跨度刷新至1 768米。

雙嶼門特大橋地處象山港口外舟山南部海域，屬于典型的海洋環境，結構耐久性要求高，橋址區風大浪高，水深流急，船舶通行密集，年有效作業時間僅9 個多月，也是世界上抗風難度最大的橋梁之一。千米級主跨，基礎建設尤為重要，承臺作為橋梁主塔施工的關鍵性結構，更是建設的重中之重。

據中國鐵建大橋局六橫公路大橋二工區項目負責人沙仁明介紹，本次澆筑的承臺設計混凝土方量1 592立方米，所處地層巖石強度高，最大抗壓強度超過180 兆帕，項目技術團隊在主塔承臺建設中攻克了多項難關。

項目現場配置大型旋挖鉆機，同時受場地狹小、作業面沖突的限制，施工采用跳孔鉆進、分級擴孔成孔等方式，大大提高了成孔質量和效率。

海洋工程大體積混凝土水化熱問題是主塔承臺澆筑施工的重難點。為符合大體積混凝土的耐久性、抗滲和控裂標準，施工采用在混凝土中加裝噴淋裝置和智能溫控技術，用測溫元件監測承臺混凝土內部實時溫度，通過承臺內布設冷卻循環水管，及時實現制冷水和加冰降溫，確保混凝土施工質量。

為滿足橋梁結構和施工臨時結構耐久性的要求，解決海洋環境下腐蝕情況嚴重的問題，建設者對大橋承臺及塔座內的鋼筋全部采用了環氧涂層鋼筋，極大地增強了耐腐性和耐候性。

雙嶼門特大橋是寧波舟山港六橫公路大橋二期工程的重要工程，建成之后將促進實施國家海洋經濟發展戰略和國家級新區建設，進一步改善舟山南翼群島的對外交通條件，對優化舟山群島新區的空間布局，打造現代海洋產業基地，實現六橫島、佛渡島、梅山島三島港區、產業等聯動發展具有重要意義。

（來源：科技日報）

我國科研人員破解電解制氫高能耗難題

記者2023 年9 月24 日從湖南長沙湘江新區獲悉，紫金礦業新能源新材料科技（長沙）有限公司劉瑛博士團隊聯合華南理工大學陳宇教授團隊，研發了一種含銫元素的新材料，該材料可使固體氧化物電解水制氫的產氫速率較傳統電解水制氫得到較大提升，有望為高效低能耗制氫提供新路徑。這一成果于2023 年9 月13 日在線發布在《美國化學學會能源快報》上。

我國目前多采用化石能源制氫，電解水制氫因電能消耗高、制氫成本高等，使用占比僅為1%。降低電解水制氫成本，是實現能源零碳轉型的關鍵。

劉瑛介紹，銣、銫具有很強的化學活性和優異的光電特性，有望應用于電解水制氫。項目團隊經反復比對，合成了一種銫摻雜新電極材料，其表現出極高的電化學反應活性，使得電解過程在中低溫環境下運行成為可能，極大提高了電解制氫的電化學性能和穩定性。

“傳統電解制氫技術采用的堿性和質子膜電解池，普遍的電流密度為0.5～1.5 安培/平方厘米。此次試驗成果將電流密度提升至2.85 安培/平方厘米，有望顯著降低電解池材料的消耗和生產成本，延長使用壽命，為加快氫能高效制取提供極大助力。”劉瑛說。后續，團隊還將研究銣元素在電解水制氫中的試驗情況，以及銣、銫在鈣鈦礦太陽能電池中的應用情況。

（來源：科技日報）

我國科學家利用“微球”實現廢水中回收有機染料

人民網2023 年9 月21 日報道，近日，中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室的研究人員提出了一種全新的表面異質納米結構化顆粒全分散策略，制備了全分散的親水-疏水異質微球，這些微球在一系列溶劑（水、乙醇、辛烷等）中展示出全分散的優異性能，并實現了從廢水中回收有機染料。研究成果于2023 年9 月18 日發表在《自然·通訊》雜志上。

據了解，有機染料是一種常用的色彩添加劑，被廣泛應用于工業、科研和日常生活的方方面面。染料讓我們的服飾、食品、日用品絢麗多彩；染料在顯微鏡下發光實現成像，幫助我們揭示微觀世界的奧秘。有數據表明，全球有機染料的產量達到70萬噸/年，其中近10%～15%被排放到工業和家庭廢水中，已成為水污染的重要源頭，對生態環境和公眾健康構成威脅。

現有染料廢水的處理方法，如混凝-絮凝法、生物降解法，可以去除廢水中大部分有機染料，然而這些方法依然面臨染料去除不徹底、適用染料種類有限、產生的淤泥容易造成二次污染等問題。近年來，隨著納米技術、材料科技的迅猛發展，涌現出一些新興的材料與染料廢水處理技術，包括催化氧化、納濾和多孔顆粒吸附。催化劑、膜和吸附材料在完成染料廢水處理后可重復使用，然而染料的回收很少被重視。究其原因，在有機染料脫附過程中，通常在水溶液中加入含有無機酸、堿或鹽的洗脫液，使有機染料的回收過程更加復雜。

近年來，王樹濤研究員團隊提出了乳液界面聚合合成異質結構微球的新方法，并在其高效分離應用上取得了一系列創新性成果。發展了多種乳液界面聚合合成方法，制備了一系列具有不同尺寸、化學組成、孔隙、表面納米結構的異質微球，實現了復雜生物流體中痕量糖肽的分離、相近尺寸蛋白的分離、病毒核酸分離、癌癥病人外周血中痕量循環腫瘤細胞的分離、水中痕量微油滴的分離等，構筑了色譜柱、微分離柱、微流控、紙色譜等分離器件。基于這些研究成果，受邀撰寫了綜述文章。

親水-疏水異質微球表面具有交替的親水、疏水成分，這種結構既有利于高極性溶劑（水）的鋪展，又有利于中等極性溶劑（乙醇等有機溶劑）、低極性溶劑（辛烷等油性有機溶劑）的鋪展。此外，在親水區，很容易引入帶電基團，這些基團能為顆粒間提供靜電排斥作用，從而在不同溶劑中實現良好的分散。利用這種獨特的全分散性，該團隊發展了一種從含有機染料的廢水中分離回收染料的策略。染料在水中被吸附到微球上，通過過濾得到凈化的水與吸附了染料的微球，再將這些微球分散到有機溶劑中實現染料的脫附，通過過濾得到溶解了染料的有機溶劑，染料通過蒸餾被回收，同時微球被循環利用。

親水-疏水異質微球為有機染料的回收提供了一類很有前景的材料。回收有機染料的過程中，只需加入有機溶劑，無需加入含有無機酸、堿或鹽的洗脫液。有機溶劑很容易通過簡單的蒸餾從染料中去除，避免了去除無機酸、堿和鹽的復雜步驟。這類材料在環境污染物處理、資源回收利用、海洋資源富集提取、生物分子檢測等復雜樣品的分離分析領域具有廣泛的應用前景。

論文通訊作者、中國科學院理化技術研究所研究員王樹濤說，這么多年來團隊一直嘗試利用界面化學設計來解決分離技術中“根材料”創制的難題，終于在分離微球材料上取得了突破。

（來源：人民網）