科普知识

1 以色列智能道路：让电动车边充电边行驶

目前，电动汽车或借助两根朝天“长辫”，或通过自带充电电池供电前行。前者行驶路径受到限制，后者不仅充电费时，且因电池自重而耗能。针对这两种电车存在的问题，以色列初创公司伊莱克特瑞昂无线（ElectReon Wireless）开发出独特的解决方案：铺设能进行无线充电的智能道路，让带有少量电池的汽车在这种道路上边充电边行驶。

（1 ）经济环保，让电动汽车使用最少电池

电动出行是解决交通二氧化碳和污染排放的最佳方法，但电动汽车本身却受到电池的限制。他们认为，使用最少电池的电动汽车是环境可持续的解决方案，也是最具成本效益的解决方案，特别是对商用或重型车辆更是如此。

伊莱克特瑞昂无线公司的智能道路包括，将众多铜质线圈延道路方向水平埋放在道路沥青路面下方8 cm处，线圈与控制管理单元相连接。线圈的作用是将电能以无线方式传输给车辆下方的能量接收器，从而为电池充电提供所需的动力。车辆的大小和能耗决定了接收器的数量。整个系统能够让汽车延长行驶里程，并因采取较小容量电池，从而容纳更多乘客，提高了运输效率。

通常一辆公共汽车每天行驶200 km所需的能量为400 kW·h，而他们开发的系统能为行驶在智能无线充电道路上的每辆公共汽车提供至少40%的充电时间，这样公共汽车所携带的充电电池功率只需约40 kW。

（2 ）多次测试，确保项目在实践中的可行性

首个研究项目，是在瑞典进行的名为古特兰智能道路的试验。研究人员对一辆重达40 t的试验卡车进行全程无线充电，目标是证明其产品可以在世界各地进行商业化推广和运营。事实上，按照瑞典政府的要求，公司安装的试验性基础设施整个冬季都处在沥青路面下。他认为，该试验是非常重要的阶段，因为下阶段将在瑞典开展长约30 km的、规模更大的半商业性试验。为获得瑞典政府的批准，公司必须证实其安装的基础设施能够经受当地冬季的考验。因此，古特兰智能道路的试验项目是一个非常重要的里程碑。

（3 ）着眼未来，无线充电或成电动交通重点

许多国家或地区在未来将发布禁止燃油动力汽车的禁令，此举可能会让类似所开发的技术成为电动交通的重点。目前，以色列政府的目标是到2030年，汽油和柴油动力新车数量为零。此外，全球还有其他国家也紧随其后，宣布了各自的计划，在未来10年内逐步放弃使用燃油汽车。伊兰表示，从现在开始，约10年后，自主交通将变得更加普遍，这为他们公司的解决方案与自主驾驶车辆之间提供了非常自然的结合契机，因为这些车辆能在无线充电技术的支持下，依靠少量电池全天候边充电边行驶，而无需驾驶员为其充电。

2 新型探针问世 测量原子力有了纳米“触角”

2020年8月，从浙江大学获悉，该校胡欢研究员团队联合美国IBM沃森研究中心以及东华大学彭倚天教授团队合作发明出一种新型纳米球探针技术，可以精准测量纳米到微米尺度范围的界面，填补了该尺度空缺，解决了纳米摩擦学领域的重要技术瓶颈。

原子力显微镜被用于研究物体接触时的“力量”，其核心构件探针如同昆虫的“触角”，能够将样品表面的作用力转换成微悬臂梁的弯曲，进而通过激光束探测到。其中球形原子力探针在形变、硬度、力学属性等方面更具优势。然而传统球形原子力探针尺寸为1～10 um，在纳米尺度的测量存在盲区。与此同时，球形探针通过胶水粘贴，粘贴位置因难以把控而会影响精确度，遇到高温或液体容易脱落。

高能氦离子束可以聚焦成为直径在0.5 nm左右的束斑，像一把超级小的刀，能够将材料在纳米尺度任意切割，但在硅材料衬底中注入高能氦离子束会形成隆起。研究组进行了第一个利用氦离子隆起效应制造纳米球探针的实验。通过聚焦离子刻蚀在普通原子力显微镜探针上雕刻出一个平台，在平台上精准定位后注入高能氦离子束，使得单晶硅隆起，实现了一种稳定可靠的纳米球探针技术制造工艺，制成了具有高分辨率、高准确性、耐高温的球形探针，针尖的直径可在0.1 ～1 um之间精确调控。

该技术有利于促进纳米摩擦学、生物材料的测试和研发，对材料学、摩擦学、生物医学都会起到很好的推动作用。研究论文刊发于学术期刊《兰格缪尔》。