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(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種像人類角膜一樣薄的柔性電池，當(dāng)它浸入鹽溶液甚至淚液中時(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)。當(dāng)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(biāo)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(shù)接收數(shù)據(jù)，甚至可將數(shù)據(jù)投射到鏡片上。技術(shù)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(shí)現(xiàn)這一潛力，技術(shù)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(yīng)線圈，不適合在人眼中使用，且會給用戶帶來風(fēng)險(xiǎn)。

南洋理工大學(xué)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(yīng)，而電池中含有的水則充當(dāng)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?yàn)樗鼈兒袧舛容^低的鈉離子和鉀離子。

研究人員用模擬淚液測試當(dāng)前的電池，結(jié)果表明，每使用12 小時(shí)的佩戴周期，電池的壽命就會額外延長一個(gè)小時(shí)。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(bào)）

科學(xué)家首次制備出基于“褶皺”的孤立微納結(jié)構(gòu)

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(xué)家致力于通過人為誘導(dǎo)的方式獲得可控制造的“褶皺”微觀結(jié)構(gòu)，這已成為微納加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

近日，國家納米科學(xué)中心研究員劉前和北京化工大學(xué)數(shù)理學(xué)院副教授王聰帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)提出一種利用電子束輔助激光誘導(dǎo)的新型應(yīng)變加工技術(shù)，克服了褶皺本征波長對于應(yīng)變結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性的極大限制，首次制備出了孤立的可控可設(shè)計(jì)的褶皺亞微米應(yīng)變結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果2023 年8月13 日在《激光與光子學(xué)評論》（Laser＆Photonics Reviews）上刊發(fā)。

褶皺是一種力學(xué)失穩(wěn)導(dǎo)致的表面應(yīng)變結(jié)構(gòu)。近年來，科學(xué)家利用激光誘導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了褶皺周期可調(diào)控和周期性結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)加工，使褶皺作為一種新型的微納加工方法向前邁進(jìn)了一大步。然而，由于褶皺應(yīng)變的傳遞性和周期性，孤立的褶皺結(jié)構(gòu)一直未能實(shí)現(xiàn)。在科學(xué)家看來，這主要是由于“本征波長”的存在，激光誘導(dǎo)的方法只能制備接近本征波長的周期性微納結(jié)構(gòu)。

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(shí)現(xiàn)了不含任何次級結(jié)構(gòu)和無序褶皺的任意孤立褶皺結(jié)構(gòu)。該技術(shù)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(yīng)變結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)能夠確保每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的間距（5 微米）大于褶皺的本征波長，保證了每個(gè)凸起結(jié)構(gòu)的相對獨(dú)立性。多種表征的結(jié)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(shí)際應(yīng)用中對于表面微∕納米結(jié)構(gòu)的要求。

電子束輻照是能夠?qū)崿F(xiàn)任意設(shè)計(jì)孤立結(jié)構(gòu)的可控制造的關(guān)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(zhuǎn)變溫度升高的機(jī)理解釋，并對電子束在不同加速電壓下的作用效果進(jìn)行了定量研究，指明了電子束抑制無序褶皺結(jié)構(gòu)的最優(yōu)作用強(qiáng)度。

隨后，科研人員提出了一種全新的產(chǎn)生預(yù)應(yīng)變結(jié)構(gòu)的方法，即通過激光誘導(dǎo)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(yù)應(yīng)變轉(zhuǎn)化為高度可控的凸起基本單位做鋪墊。該過程的內(nèi)在機(jī)理同時(shí)被相關(guān)實(shí)驗(yàn)和模擬充分佐證。以凸起結(jié)構(gòu)為基本單元構(gòu)建的多種基礎(chǔ)和復(fù)雜孤立結(jié)構(gòu)也被制造，展示著該方法的高度可設(shè)計(jì)性。

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

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

（來源：中國科學(xué)報(bào)）

原子核β衰變釋放四個(gè)粒子模式首次發(fā)現(xiàn)

科技日報(bào)2023 年9 月5 日報(bào)道，科學(xué)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(gè)質(zhì)子和5 個(gè)中子），通過分裂出3 個(gè)氦核（一個(gè)沒有周圍電子的原子）、1 個(gè)質(zhì)子而衰變。這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期《物理評論快報(bào)》雜志上。

此前，科學(xué)家觀察到一種有趣的放射性衰變模式——β+衰變。其中，質(zhì)子轉(zhuǎn)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(gè)原子核分裂并測量其分裂產(chǎn)物，科學(xué)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(gè)氦核（α 粒子）和1 個(gè)質(zhì)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(zhì)。

在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)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(zhì)束發(fā)送到探測設(shè)備中。

物質(zhì)束停在這一充滿二氧化碳?xì)怏w的探測器內(nèi)，大約10 毫秒后通過發(fā)射1 個(gè)正電子和1 個(gè)中微子（β+衰變）進(jìn)行了衰變。將氧-13 以一次一個(gè)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(jì)算機(jī)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(gè)氦核（α粒子）和1個(gè)質(zhì)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(bào)）

新型頻分復(fù)用樹形光纖多用戶接入架構(gòu)成果問世

2023 年8 月28 日，《自然-電子》刊發(fā)了鵬城實(shí)驗(yàn)室電路與系統(tǒng)研究部先進(jìn)承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所研究員魏金龍與英國倫敦大學(xué)學(xué)院、香港中文大學(xué)（深圳）和英國南安普敦大學(xué)等研究人員合作完成的新型頻分復(fù)用（FDM）樹形光纖多用戶接入架構(gòu)成果。

當(dāng)前，光接入網(wǎng)采用分光樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，運(yùn)用時(shí)分復(fù)用（TDM）機(jī)制來統(tǒng)籌多用戶的帶寬分配，導(dǎo)致不可預(yù)測的通信時(shí)延，難以滿足自動駕駛和工業(yè)控制等對時(shí)延和同步嚴(yán)苛要求的新興應(yīng)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(shù)的新型FDM機(jī)制的樹形光纖多用戶接入架構(gòu)，可同時(shí)滿足用戶專用帶寬、確定性低時(shí)延、亞納秒級時(shí)間同步和易擴(kuò)展的多重需求。

該研究展示了首個(gè)基于參考頻率實(shí)現(xiàn)復(fù)用和時(shí)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(shí)延小于10μs，用戶獲取的分布式參考時(shí)鐘抖動小于10 ps。用戶采用低成本1 GHz帶寬發(fā)送器，單個(gè)相干接收機(jī)同時(shí)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(jī)。

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

（來源：中國科學(xué)報(bào)）

納米螺旋—解旋—再螺旋首次人工實(shí)現(xiàn)

記者2023 年9 月6 日從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院強(qiáng)磁場中心與南京大學(xué)陸輕銥教授、高峰教授課題組，中國科技大學(xué)等單位合作，依托該院穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF），發(fā)現(xiàn)一種晶體結(jié)構(gòu)中微妙的競爭和協(xié)作關(guān)系，在螺旋和解旋產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)之間建立了微妙的能量平衡，首次實(shí)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(zhuǎn)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(shí)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(gè)相鄰芳香環(huán)之間的一種相互作用）是螺旋生長中的關(guān)鍵作用力，并結(jié)合理論計(jì)算和各種驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，推測出螺旋機(jī)制來源于縮合反應(yīng)和π-π 堆積過程之間的競爭作用，這種獨(dú)特的競爭生長機(jī)制及生長方式的微觀可調(diào)性，是構(gòu)建細(xì)致可調(diào)的能量平衡體系、實(shí)現(xiàn)螺旋可逆變化的關(guān)鍵。他們通過針對性的設(shè)計(jì)改變分子間作用力，精細(xì)調(diào)控不同方向生長速度，使整體結(jié)構(gòu)保持不變、能量平衡方向定向改變，成功實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)的螺旋、解旋和再螺旋。

這項(xiàng)研究提出了一種晶體可逆變化設(shè)計(jì)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(zhuǎn)化的精細(xì)調(diào)變技術(shù)，為晶體學(xué)研究帶來全新視角，使多重復(fù)雜可逆過程的實(shí)現(xiàn)成為可能。

（來源：科技日報(bào)）

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(guān)注最多的一類柔性傳感器，在生物醫(yī)學(xué)、腦機(jī)工程、智能制造等眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。近日，大連理工大學(xué)研究員劉軍山團(tuán)隊(duì)與李明教授等團(tuán)隊(duì)合作，獨(dú)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)的傳感機(jī)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(gè)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(yán)重影響了傳感器的輕質(zhì)性、變形性和共形性。

團(tuán)隊(duì)通過納米工程策略，將柔性壓力傳感器的傳感機(jī)理，由功能軟材料層的壓縮變形為主導(dǎo)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝噪姌O層的彎曲變形為主導(dǎo)，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(qiáng)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(dāng)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(shí)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(bào)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(zhì)性、變形性和共形性，同時(shí)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(shè)計(jì)和制造提供一種全新的思路。

（來源：中國科學(xué)報(bào)）