【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】上新啦！9月份，國(guó)內(nèi)不少高校取得了一系列矚目的成果與突破，儀表網(wǎng)整理了9月部分高?？蒲谐晒?，速速一睹為快！
 

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
 

　　近期，中國(guó)科大蘇州高等研究院仿生界面材料科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程群峰教授課題組與中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所李明珠研究員課題組合作在仿生限域組裝及聲學(xué)換能器應(yīng)用研究領(lǐng)域取得重要突破，相關(guān)研究成果于9月10日以“Cicada rib-inspired tough films through nanoconfined crystallization for use in acoustic transducers”為題發(fā)表在國(guó)際期刊《Science Advances》上。
 

　　傳統(tǒng)聚合物、金屬及陶瓷聲學(xué)換能器所用薄膜材料往往難以同時(shí)具備高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)良的抗疲勞性能，這一局限性嚴(yán)重制約了聲學(xué)換能器在高靈敏度響應(yīng)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)。因此，開發(fā)綜合性能優(yōu)異、適用于高性能聲學(xué)換能器的薄膜材料，仍是當(dāng)前面臨的重要技術(shù)挑戰(zhàn)。針對(duì)該問題，本研究解析了蟬發(fā)聲器官——蟬肋骨膜的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，并據(jù)此仿生制備出可用于聲學(xué)換能器的高性能仿生薄膜。
 

　　清華大學(xué)
 

　　近日，清華大學(xué)材料學(xué)院林紅教授團(tuán)隊(duì)合作在鈣鈦礦太陽能電池埋底界面二甲基亞砜(DMSO)殘留去除方面取得重要研究進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種光響應(yīng)分子工程策略，將具有光異構(gòu)化特性的4'-氨基偶氮苯-4-磺酸(AABSA)分子引入SnO?/鈣鈦礦埋底界面。在紫外光激發(fā)下，AABSA分子可發(fā)生快速、可逆的順反異構(gòu)轉(zhuǎn)變，憑借其動(dòng)態(tài)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)界面殘留DMSO的高效原位清除，顯著提升了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、釋放了殘余拉應(yīng)力，并優(yōu)化了電荷傳輸性能。
 

　　團(tuán)隊(duì)通過原位紫外光照UV-vis光譜和超快瞬態(tài)吸收光譜分析，證實(shí)了AABSA分子具有超快光異構(gòu)能力。進(jìn)一步通過液體核磁共振(NMR)等實(shí)驗(yàn)，揭示了AABSA與DMSO之間存在顯著相互作用。理論計(jì)算表明，順式AABSA與DMSO的結(jié)合能高于反式構(gòu)型，但仍低于PbI?與DMSO的結(jié)合能。這一結(jié)合能梯度差異引導(dǎo)順式AABSA優(yōu)先捕獲DMSO分子，隨后回復(fù)為反式構(gòu)象，將DMSO向上輸送；最終DMSO被上層PbI?捕獲，而反式AABSA恢復(fù)為順式構(gòu)型，完成單次輸送循環(huán)。在持續(xù)紫外光照射下，AABSA發(fā)生高速、可逆的順反異構(gòu)，驅(qū)動(dòng)DMSO從埋底界面定向、連續(xù)向外遷移，直至其被完全清除。
 

　　北京大學(xué)
 

　　電子芯片是前沿科技、國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全的基礎(chǔ)保障。隨著高性能計(jì)算、人工智能、電力電子和通信雷達(dá)等芯片的集成度和功率不斷提高，其發(fā)熱密度也不斷攀升，部分芯片平均熱流密度可高達(dá)千瓦每平方厘米(kW/cm²)級(jí)別，局部熱流密度則更高。發(fā)熱問題不僅會(huì)導(dǎo)致器件性能衰退、可靠性降低、壽命縮短，同時(shí)也帶來顯著的能耗挑戰(zhàn)，比如數(shù)據(jù)中心的耗電量占全球電力超過1%，其中約40%用于熱管理。
 

　　近日，北京大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院能源與資源工程系宋柏研究員團(tuán)隊(duì)以“Jet-enhanced manifold microchannel for cooling electronics up to a heat flux of 3000 W/cm²”為題，于Nature Electronics期刊發(fā)表論文，創(chuàng)新性地提出“歧管-微射流-鋸齒微通道”復(fù)合嵌入式微流結(jié)構(gòu)，使用單相水作為冷卻液，實(shí)現(xiàn)了3000W/cm²的超高熱流密度芯片冷卻，同時(shí)將單位面積冷卻功耗降低至0.9W/cm²——相當(dāng)于每消耗1份電量就可以帶走超過3000份熱量。
 

　　武漢大學(xué)
 

　　力學(xué)信號(hào)是調(diào)控細(xì)胞行為與功能的關(guān)鍵因素，其調(diào)控機(jī)制核心在于通過力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑將胞外力學(xué)刺激快速轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)生化信號(hào)。然而，現(xiàn)有方法難以在力學(xué)刺激動(dòng)態(tài)過程中同步捕獲生化信號(hào)。近年來，黃衛(wèi)華/劉艷玲團(tuán)隊(duì)開發(fā)了系列可拉伸電化學(xué)傳感器(Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202421684;2024, 63, e202403241;2022, 61, e202203757;ACS Nano,2024, 18, 6176)，它們憑借優(yōu)異的形變適配能力，為細(xì)胞和組織信號(hào)分子測(cè)量提供了創(chuàng)新技術(shù)手段。需要指出的是，這類傳感器主要依賴外接機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置施加力學(xué)載荷，使得力學(xué)加載形式較為局限，也限制了其在體內(nèi)環(huán)境中的潛在應(yīng)用。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，黃衛(wèi)華/劉艷玲團(tuán)隊(duì)研制了一種磁響應(yīng)納米網(wǎng)(MRnM)生物傳感器，MRnM傳感器具有優(yōu)異的磁響應(yīng)特性，可在外部磁場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、可控的機(jī)械形變，同時(shí)保持優(yōu)異穩(wěn)定的電化學(xué)檢測(cè)性能。研究團(tuán)隊(duì)利用MRnM傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了體外成骨細(xì)胞在磁響應(yīng)形變過程中的一氧化氮釋放，探究了機(jī)械敏感離子通道Piezo1介導(dǎo)的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。此外，MRnM傳感器實(shí)現(xiàn)了力學(xué)刺激誘導(dǎo)一氧化氮的原位實(shí)時(shí)檢測(cè)，為探究復(fù)雜生理環(huán)境下的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程提供了有力工具。
 

　　北京量子信息科學(xué)研究院
 

　　近日，北京量子信息科學(xué)研究院(以下簡(jiǎn)稱“量子院”)在中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器片上寬譜調(diào)諧技術(shù)上取得重大突破，為發(fā)展高集成度、低成本的波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù)開辟了新路徑。2025年9月8日，相關(guān)研究成果以“On-chip wide tuning of high-power quantum cascade laser based on a vertical-integrated heater”為題在線發(fā)表在《APL Photonics》上。
 

　　量子級(jí)聯(lián)激光器(Quantum cascade laser, QCL)作為一種單極性半導(dǎo)體光源，基于電子在多量子阱導(dǎo)帶子帶間的躍遷，通過對(duì)子帶間能級(jí)的設(shè)計(jì)與剪裁，已成為中紅外至太赫茲波段主流的半導(dǎo)體光源，在氣體檢測(cè)、醫(yī)療診斷、紅外對(duì)抗及空間光通信等領(lǐng)域具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
 

　　清華大學(xué)
 

　　鈣鈦礦量子點(diǎn)具有成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、光譜連續(xù)可調(diào)等多種優(yōu)勢(shì)，近年來備受關(guān)注，發(fā)展迅猛，器件外量子效率已提高至20%以上。然而，量子點(diǎn)在純化過程中容易產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致離子遷移，因此，鈣鈦礦發(fā)光器件的運(yùn)行穩(wěn)定性仍然滯后，阻礙了其在高清顯示和精準(zhǔn)生物治療領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。
 

　　近日，清華大學(xué)化學(xué)系馬冬昕、段煉團(tuán)隊(duì)提出了一種晶格匹配的多位點(diǎn)分子錨設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn)發(fā)光器件。團(tuán)隊(duì)依據(jù)CsPbI3的晶格特性，設(shè)計(jì)了一系列分子錨來提升量子點(diǎn)的光電性能。典型多位點(diǎn)分子錨TMeOPPO-p中的P=O和-OCH3基團(tuán)間距為6.5Å，與CsPbI3量子點(diǎn)的晶格間距(6.5Å)相匹配，可提供多位點(diǎn)錨定相互作用，進(jìn)而穩(wěn)定晶格并抑制離子遷移。由此制備的量子點(diǎn)表現(xiàn)出高激子復(fù)合特性，熒光量子效率高達(dá)97%，在器件中表現(xiàn)出優(yōu)異的電光轉(zhuǎn)換性能：電致發(fā)光峰位于693nm，最大外量子效率26.91%，效率滾降極低，且在初始輻射亮度為190 mW sr−1 m−2(對(duì)應(yīng)于發(fā)光峰為525nm鈣鈦礦綠光器件的100 cd m−2)下的工作半衰期為23420小時(shí)。
 

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
 

　　傳統(tǒng)的光學(xué)識(shí)別和編碼主要依賴光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)，在實(shí)際環(huán)境中容易受到雜散光和環(huán)境光的干擾，存在信息識(shí)別準(zhǔn)確度下降、編碼容量受限等問題。圓偏振光因其在自然界中無相同背景光源，具有顯著的抗干擾優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)光學(xué)編碼方法相比，圓偏振光能夠提供偏振態(tài)這一更高維度的編碼能力，有效提高信號(hào)的清晰度與可靠性。然而，要制備兼具高圓偏振發(fā)光性能、穩(wěn)定性以及可加工性的材料體系，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用，仍然是該領(lǐng)域面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。
 

　　為解決這一問題，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了原位固化螺旋組裝策略，結(jié)合開發(fā)的自動(dòng)化合成與實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了新型手性限域組裝材料的普適制備。該類材料在紫外光誘導(dǎo)聚合后形成穩(wěn)固的分子螺旋排列微球，展現(xiàn)出優(yōu)異的手性光學(xué)性能和良好的可加工性。研究人員將合成的材料在基質(zhì)中隨機(jī)分布，構(gòu)筑了一系列偏振光學(xué)映射器，用于唯一、可靠的信息識(shí)別與認(rèn)證。結(jié)果表明，器件展現(xiàn)出接近理論極限的比特均勻性、唯一性和可靠性，在遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)條件下均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定識(shí)別和信息認(rèn)證。特別是由于引入了圓偏振發(fā)射，其編碼容量較傳統(tǒng)光學(xué)映射大幅提升，增強(qiáng)了抵御暴力破解、建模攻擊等外部威脅的能力。
 

　　西安交通大學(xué)
 

　　在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備快速普及的背景下，智能電網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化及城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域?qū)沙掷m(xù)自供能傳感解決方案的需求日益迫切。磁-機(jī)-電能量收集器(MME-EHs)因其能夠從現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施中無處不在的環(huán)境雜散磁場(chǎng)中捕獲能量并為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電，被視為最具潛力的技術(shù)路徑之一。然而，傳統(tǒng)磁-機(jī)-電能量收集器在進(jìn)一步小型化過程中面臨顯著挑戰(zhàn)：受限于懸臂結(jié)構(gòu)的空間，其磁-機(jī)-電耦合效率不足，導(dǎo)致輸出功率與器件尺寸難以平衡，制約了其在眾多空間有限場(chǎng)景中的應(yīng)用。
 

　　針對(duì)上述問題，西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、電子科學(xué)與工程學(xué)院劉明教授團(tuán)隊(duì)提出了一種多耦合優(yōu)化策略，通過強(qiáng)化磁-機(jī)-電耦合機(jī)制，顯著提升了小型化磁-機(jī)-電能量收集器的輸出功率密度。該策略以理論研究為基礎(chǔ)，構(gòu)建了兩自由度等效彈簧-質(zhì)量模型與有限元分析模型，深入揭示了磁機(jī)耦合、機(jī)械耦合及機(jī)電耦合的協(xié)同作用機(jī)制。
 

　　北京理工大學(xué)
 

　　日前，北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東教授課題組在非厄米拓?fù)鋫鞲泻屯負(fù)潆娐奉I(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過周期性驅(qū)動(dòng)、非互易耦合和非線性調(diào)制協(xié)同作用，首次構(gòu)造了非厄米Floquet拓?fù)鋫鞲心Ｐ停瑢?shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)微擾的超敏傳感(靈敏度隨尺寸指數(shù)增長(zhǎng))。該指數(shù)增強(qiáng)的傳感能力對(duì)結(jié)構(gòu)無序具有魯棒性。在噪聲環(huán)境下，傳感信噪比 (SNR) 也隨系統(tǒng)尺寸指數(shù)增強(qiáng)。另外，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了非厄米時(shí)變拓?fù)潆娐罚瑢?shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述理論預(yù)言。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Letters 【PRL 135, 106601 (2025)】上，研究工作獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。物理學(xué)院周小琪博士(2021級(jí))和張蔚暄教授為共同第一作者，張向東教授和張蔚暄教授為通訊作者。
 

　　時(shí)變信號(hào)的超靈敏探測(cè)在無線通信與環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)傳感器因靈敏度、穩(wěn)定性與噪聲抑制能力間的固有權(quán)衡，使其對(duì)微弱動(dòng)態(tài)信號(hào)的傳感面臨重大挑戰(zhàn)。因此，開展新型傳感理論研究，突破現(xiàn)存?zhèn)鞲兄笜?biāo)瓶頸具有重要意義。近期，非厄米物理學(xué)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展引起了人們的廣泛關(guān)注，其為構(gòu)造新型傳感理論框架提供了重要途徑。其中，基于非厄米奇異點(diǎn)的傳感模型是人們重點(diǎn)關(guān)注的方案之一。然而，其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要精確的參數(shù)控制使系統(tǒng)工作在奇異點(diǎn)處，并且在噪音的影響下信噪比無法提升。近期涌現(xiàn)的非厄米拓?fù)鋫鞲心Ｐ蜑榻鉀Q上述問題提供了重要參考。在邊界擾動(dòng)下，非厄米拓?fù)鋺B(tài)的本征值偏移隨晶格尺寸呈指數(shù)增強(qiáng)。并且，這種指數(shù)增長(zhǎng)的靈敏度受到拓?fù)鋷兜谋Ｗo(hù)，對(duì)結(jié)構(gòu)無序具有魯棒性。該方案已在拓?fù)潆娐返热斯そY(jié)構(gòu)中得到了廣泛的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然而，現(xiàn)有非厄米拓?fù)鋫鞲心Ｐ途窒抻陟o態(tài)構(gòu)型，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)周期性時(shí)變信號(hào)的超敏傳感。
 

　　清華大學(xué)
 

　　近日，清華大學(xué)電子工程系劉仿教授課題組報(bào)道了全片上集成的寬譜可調(diào)太赫茲切倫科夫輻射(Terahertz Cherenkov radiation)芯片，成功將太赫茲自由電子輻射器件的尺寸壓縮至百微米量級(jí)，并實(shí)現(xiàn)了寬至3.2-14 THz的連續(xù)電調(diào)諧范圍。該工作將無閾值切倫科夫輻射頻率拓展至太赫茲頻段，實(shí)現(xiàn)了兼顧片上集成和寬譜可調(diào)的自由電子太赫茲輻射源，為自由電子太赫茲輻射源的芯片化開辟了途徑。
 

　　切倫科夫輻射是一種當(dāng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度大于介質(zhì)中的光速時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射。2017年，課題組在《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)首次報(bào)道了無閾值(極低電子能量激發(fā)的)切倫科夫輻射。此后，多項(xiàng)理論和實(shí)驗(yàn)研究了紫外至可見光波段無閾值切倫科夫輻射現(xiàn)象和器件，但直接實(shí)驗(yàn)觀察無閾值切倫科夫輻射仍限于可見光-近紅外波段。本研究工作首次將無閾值切倫科夫輻射拓展到太赫茲頻段，觀測(cè)到自由電子在寬頻譜范圍產(chǎn)生的太赫茲無閾值切倫科夫輻射現(xiàn)象。
 

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