本周科技前沿

摘编:编辑部产经小组

  1. 仪器设备中国散裂中子源正式投入运行

据中国政府网8月24日报道,国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目日前通过国家验收,正式投入运行,其综合性能进入国际同类装置先进行列,并将正式对国内外各领域的用户开放。

中国散裂中子源就像“超级显微镜”,是研究物质材料微观结构的理想探针。可以用于研究大型金属部件的残余应力,这对于提高高铁关键部件和航空发动机部件的性能,以及核电站部件的服役性能十分重要。此外,可燃冰、磁性材料的研究,以及化学反应催化剂的原位研究等,都可以使用散裂中子源。

目前,全球共建成4个散裂中子源装置,其他分别为英国散裂中子源(ISIS)、美国散裂中子源(SNS)和日本散裂中子源(J-PARC)。中国散裂中子源填补了国内脉冲中子源及应用领域的空白,将为多个领域的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究平台。它的投入运行,对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。

  1. 材料科学我科学家发现新一类半金属

据科技日报8月22日报道,中科院研究人员通过对层状结构的PtBi2在40特斯拉高磁场下的量子输运特性测量及第一性原理能带计算研究,发现层状结构的PtBi2是新一类三重简并拓扑半金属,相关成果已发表在《自然·通讯》上。

拓扑半金属材料具备奇异的磁输运性质,如手性负磁阻、巨磁电阻、极高的载流子迁移率等特点,在未来低能耗电子学器件应用上具有重要价值,因而成为国际凝聚态物理研究的前沿和热点研究方向之一。这项研究工作对促进人们认识电子拓扑物态,发现新奇物理现象,开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质具有重要的意义。

  1. 4D打印全球首个陶瓷4D打印系统“出炉”

据科技日报8月21日报道,物理学家组织网近日报道,香港城市大学的研究团队成功开发出全球首个陶瓷4D打印系统,打印出来的陶瓷坚固且拥有复杂的形状,有望在电子和航空航天领域大展拳脚。

4D打印是传统3D打印加上第四维度——时间。在第四维度中,打印物体可在外部环境(例如机械力、温度或磁场)的刺激下,随着时间的推移重新成形或自我组装。该团队利用存储在拉伸的陶瓷前体中的弹性能量让陶瓷变形,得到新型陶瓷材料,可广泛使用。其一是制造电子产品。在传输电磁信号方面,陶瓷材料比金属材料性能更优异。此外,陶瓷的艺术特性及其形成复杂形状的能力也提供了定制陶瓷手机背板的商用潜力。其二是航空航天领域。由于陶瓷是一种能承受高温的机械强度高的材料,因此4D打印陶瓷有很大潜力用作航空航天领域的推进部件。研究者表示,下一步是提高材料的力学性能,例如降低其脆性。

  1. 新能源新型纸基生物电池由细菌供电

据科技日报8月21日报道,近日,美国纽约州立大学的研究团队开发出一种靠细菌发电的新型纸基生物电池,有望为贫困地区带来低成本的新型能源。

研究人员在纸的表面印刷薄层金属和其他材料作为基板,然后把冻干的产电菌群放置在纸上,制成纸基生物电池。使用时,只需将水或者唾液涂抹在纸上,几分钟内,这些冻干细菌就会恢复活力,它们在为自己制造能量的同时,产生的电子会穿过细胞膜与外部电极接触,从而为电池供电。

作为生物传感器材料,纸张具有独特的优势。不断创新的结构工程技术也为纸在新一代电子产品中的广泛应用奠定了良好基础。研究人员称,这款新型纸基电池的成本低,很容易地整合到一次性电子设备中,虽尚未达到投入实际应用水平,电池性能还需大幅提升,但这种提升可以通过多个纸电池堆叠、连接来实现。

  1. 设备仪器4米大口径碳化硅非球面光学反射镜研制成功

据新华网8月23日报道,中科院研究人员日前完成了直径4.03米口径高精度碳化硅(SiC)非球面反射镜制造,对其核心制造设备以及制造工艺,中国拥有自主知识产权。大口径高精度非球面光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件,其制造技术水平对国防安全、国民经济建设、基础科研能力而言具有重要意义。该项目形成了大口径系列反射镜研制能力,是我国在大口径光学制造领域的重大技术突破。

受相关技术条件所限,此前在相当长的时间内,国际公开报道的单体碳化硅反射镜的最大口径仅1.5米。作为大口径光电装备的核心元件,对镜面的面形精度和表面质量要求极高。科研人员在碳化硅材料制备上取得突破的同时,还攻克了另两项技术瓶颈——大口径碳化硅非球面加工检测以及高性能改性、镀膜。

  1. 电子科学新型二维柔性电极材料研制成功

据科技日报8月23日报道,中科院科学家首次设计合成了氟取代的石墨炔二维碳材料,应用于锂离子电池负极,显示出优异的电化学储能性能。相关成果已在线发表于《能源与环境科学》上。

随着可穿戴智能设备以及可植入医疗器械的发展,具有高能量密度、功率密度、长循环寿命的柔性电池成为研究热点。二维材料是理想的柔性电极材料。研究组成功将氟原子引入石墨炔结构中,得到新型碳基柔性电极材料,可极大推动穿戴智能设备等所需柔性电池的发展。该成果为溶液法制备大面积性能优异的柔性电极材料提供了研究思路,开创了新型储能器件电极材料研究的一个新方向。

  1. 电子科学5纳米存储元器件开发成功

据科技日报8月23日报道,由华中科技大学、中国地质大学和美国加州大学科研人员组成的国际团队,近日开发出平均直径为5纳米的磁铁。由于尺寸小、热稳定性高,以及可以应用于简单的自组装工艺制造,这种纳米磁铁被认为是下一代存储器件具有超高密度和低功耗的关键。这项研究是未来自旋转移力矩随机存取存储器(STT MRAM)应用的关键组成部分。鉴于超小型纳米磁铁具有高热稳定性,存储器的数据保留时间可以超过10年。

《科技日报》总编圈点:纳米磁铁已被发现可应用于核磁共振成像、水处理、生物化学和电子等多个领域,更有望刷新下一代存储器件的密度与能耗纪录。现在,科学家开发出5纳米磁晶粒用于信息存储,而未来信息领域的中心问题,其实就是存储——只有存储容量的不断增大,才能满足信息社会高速发展的需要。

  1. 极地科考我国在北冰洋成功布放无人冰站

据科技日报8月24日报道,8月18日至22日,由自然资源部组织的第九次北极科考队,完成此次科考重头戏——在北冰洋成功布放了一套无人冰站系统。布放的这套无人冰站包括A型和B型两种样机。

专家称,与以往不同,无人冰站系统有望实现对北极海洋、海冰、大气3个界面多个环境参数的无人值守观测。目前,现场布放工作结束后,国内已经收到北极现场通过铱星传回的实时观测数据。同时,专家表示,这只是该系统研发的第一步。下一步将在总结相关技术和布放经验的基础上,于明年对无人冰站试验样机进行进一步优化,设计并研制工程样机在北极布放,尽早实现应用和推广。

    9.【集成电路】中外科研人员合作开发出光量子计算芯片

中国的军事科学院国防科技创新研究院、国防科技大学、中山大学和北京大学以及英国的布里斯托尔大学等机构的科研人员合作,利用硅基光波导芯片集成技术,设计并开发出面向通用量子计算的核心光量子芯片。使用这一芯片制造的光量子计算机可实现小规模量子检索、分子模拟和组合优化问题等应用。该成果是推动光量子计算机大规模实用化的重要一步,已发表于《自然·光子学》杂志。
光量子计算机使用光子来编码量子比特,通过对光子的量子操控及测量来实现量子计算,有望解决密码破译、分子模拟、大数据处理等传统计算机难以解决或解决不好的计算任务。不过,在光量子计算机得到大规模实际应用前还需克服一系列挑战。专家称,近几年国内外科学界、产业界在量子计算领域的研究均取得很大进展,但跟实用目标相比都还处在初级阶段,该芯片的研制迈出了光量子计算的重要一步,但实现真正实用化的量子计算机仍需较长时间的持续努力。

 

 

(责任编辑Vicky)

 

 

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