通过自下而上的设计策略实现几何可重构三维细观结构与电磁器件

通过自下而上的设计策略实现几何可重构三维细观结构与电磁器件

清华大学航院张一慧教授团队与合作者在多稳态三维微结构与可重构电磁器件方面取得进展。相关论文发表于Science Advances。可重构功能器件由于可以在不同的工作状态间迅速切换而愈发受到研究者们的关注，目前已经在信号传输、能量收集、生物信息采集等领域有重要的应用。论文提出了一套通过矢量调控屈曲组装实现几何可重构三维结构的策略，该策略基于屈曲组装中可重构力学机理的深入研究，实现了从简单单胞到复杂结构自下而上的系统化设计，也实现了具备离散-连续双重调控能力的可重构电子器件，同时适用于广泛的高性能材料和较宽的特征尺度范围，因此在多种复杂应用场景下具有独特的优势。

空化流动数值模拟方法研究

中国科学院力学研究所研究团队在空化流动数值模拟方法研究中取得进展。相关论文发表于International Journal of Multiphase Flow。空化是水下高速航行体和高速推进技术面临的主要问题。研究人員建立了两个模型：首先，通过引入气泡数密度来表征空化区内部结构，并建立气泡数密度的输运方程来模拟云状空化内部演化。其次，通过量纲分析和空泡群的直接模拟建立了基于空泡群的空化模型。这样就形成了一个宏观-细观耦合的计算方法。并利用该方法对云状空化的形成机制与溃灭压力特征进行了分析。利用该模型，研究人员对云状空化流动的机理有了更进一步的认识，同时研究了细观结构对溃灭的影响机制。

助力农业生产，将大棚布研制成发电机

浙江大学生物系统工程与食品科学学院IBE团队平建峰研究员课题组提出了一种简便有效的方法，从农业环境中挖掘自然能源并将其高效转化为电能。将摩擦纳米发电机技术应用于农用纺织品中，并用于降雨时雨水能的收集，通过能量转化获取电能。相关论文发表于Nano Energy。该聚合物能够防水并与环境中的雨水发生电子转移。而碳化钛感应电极，不仅具有高导电性能，还因其高电负性可以助力表面聚合物抢夺电子。因此在实现农用纺织品原有的农用保护材料保温、遮阳、水土保持、排水灌溉、种子培育基材的功能基础上，还能从农业环境中源源不断地获取能源，为智慧农业提供驱动力。

高性能微流体柔性应变传感器

中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心研究员王磊、副研究员李晖团队，在利用波浪形微通道设计改善基于液态金属的柔性应变传感器迟滞性、响应时间和灵敏度方面的研究取得新进展。相关论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces。该柔性应变传感器可承受高达320%的应变且能够正常工作，波浪形结构能够有效抑制微通道的粘弹性，迟滞性从6.79%提高到1.02%。此外，通过延长波浪形微通道长度，同时传感器的灵敏度（GF=4.91）和分辨率得到提高，能够检测到低至0.09%的极微小应变变化，响应时间低至116ms。实验验证该柔性应变传感器能够被用于人体和机器人的运动监测。

多倍频高性能摩擦纳米发电机

浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所纳米能源研究团队徐志伟等，利用生活中常见的气球制作成了可用于收集波浪能的多倍频高性能摩擦纳米发电机。相关论文发表于Advanced Energy Materials。研究团队制备了一种基于水气球（WB-TENG）的多倍频高性能摩擦纳米发电机用于波浪能收集。所提出的WB-TENG由一个方形盒和一个水气球两部分构成。方形盒内壁上覆盖一层导电铜箔，再在导电铜箔表面粘贴一层尼龙薄膜。将导线放到气球中，然后向气球中注入氯化钠水溶液，最后通过打结的方式进行密封。WB-TENG除了作为发电器件，还可以作为传感器件反应波浪的振动情况。

随机相位散射光的相干性与涡旋动力学研究

中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室与普林斯顿大学电子工程系合作，对具有不同相干长度随机相位光束经非线性传播后所形成的散斑场的统计性进行了实验测量，观察到随着自由光涡旋的产生，散斑场的自关联函数从幂律衰减退化为指数衰减。相关论文发表于Nature Photonics。论文以光子学系统对凝聚态物理中的Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相变理论进行了量化实验验证，印证了非线性光学与凝聚态物理、冷原子物理等多个学科之间有着某些共同的理论基础，揭示了随机光场的相关性与涡旋动力学之间深刻而复杂的联系，为探索非平衡态下的相干-涡旋动力学提供了新基点。

多尺度共形褶皱功能表面研究

上海交通大学机械与动力工程学院张文明教授团队开展多尺度共形褶皱功能表面研究。相关成果发表于Advanced Functional Materials。褶皱结构在自然界与人造系统中广泛存在，如人体皮肤褶皱、气道黏膜、手指指纹、干枯水果表皮、地质岩层与褶皱连衣裙等。论文提出了一种单层石墨烯后固化转移方法，构筑了无分层式多尺度石墨烯共形褶皱功能表面，阐明了高温后固化工艺引入梯度界面层的化学成因，揭示了界面黏合强度增强效应的力学机理，有效解决了多层硬膜-软基系统中的分层失效难题。这种石墨烯表面具有优异的光学衍射性能与表面浸润性，在智能表面器件等应用方面有着潜在的价值。

大帧数高帧率的超表面动态全息显示新方法

武汉光电国家研究中心熊伟教授、夏金松教授及新加坡国立大学洪明辉教授团队合作，提出了一种新颖的超表面动态全息显示方法，将高速动态光调制器件与静态超表面器件结合，实现了可见光波段每秒万帧的高帧率及海量的动态显示帧数。相关论文发表于Science Advances。研究团队设计了基于数字微镜器件（DMD）的高速高精度结构光场调制系统。该系统可以将DMD微镜阵列调制的结构光束进行缩束，并精确投影到超表面不同空间信道对应的位置，从而实现每个空间信道的独立开启与关闭。DMD器件可以实现每秒万帧的光场调制速度，利用这种方式实现了大帧数、高帧率的超表面动态全息显示。