世界一流科技期刊文章精选

新型仿生超弹性碳材

中国科技大学俞书宏院士团队研制出一种兼具高度可压缩性和可拉伸性的超弹性全碳多孔材料，研究人员称其为“碳弹簧”。相关成果发表于Advanced Materials。该碳弹簧可以在-60%至80%的大应变范围内实现可逆的拉伸和压缩形变，并能完全回弹，类似于真正的金属弹簧，这种弹性特性使其与几乎所有先前报道的多孔碳材料区分开来。鉴于该碳弹簧的独特变形机制和机械性能，以及良好的导电性，研究人员将其作为关键部件，成功研制了可检测微小振动的应变传感器件，其应变检测限至少为±0.5%，可检测的最高振动频率至少为1000Hz，并能对多种复杂的振动模式做出灵敏的响应，其中包括模拟的地震波振动。

碳弹簧在智能振动和磁性传感器件方面的应用（图片来源于中国科学技术大学网站）

碳弹簧制备过程示意图及其微观结构和机械性能特征（图片来源于中国科学技术大学网站）

大尺寸共价有机框架的超快单晶聚合

复旦大学高分子科学系魏大程团队提出“超临界溶剂热法”，将单晶聚合反应速率提高10万倍。相关成果发表于Nature Communications。研究发现，超快单晶聚合得益于超临界流体所具有的低表面张力、低黏度和高扩散系数等特性。相较于有机溶剂，超临界流体表面张力近乎为零，黏度极低，有利于反应单体的扩散，加快了聚合速率，提高了反应的可逆性。2D COFs单晶尺寸达到0.2毫米，晶体生长速率约40微米每分钟，较现有2D COFs单晶生长方法提高了约10万倍，较其他超快2D COFs多晶或纳晶生长技术提高了约6000倍。

新型硒吩类小分子受体材料

北京理工大学化学与化工学院王金亮教授团队与国内外科学家合作，在硒吩类聚合物太阳能电池受体材料领域取得新进展。相关成果发表于Angewandte Chemie International Edition。研究团队合成了一系列A-DA′D-A型非富勒烯小分子受体材料（S-YSS-Cl、A-WSSe-Cl和S-WSeSe-Cl），通过逐步增加硒吩环的数目并结合不对称分子骨架的协同策略，精准地调控和优化了硒吩类聚合物太阳能电池薄膜的形貌和器件性能参数，获得了高达17.51%的光电转换效率，可以有效地解决二元电池器件参数之间的平衡问题，实现了光电转换效率上的突破。

基于柔性有机微纳激光阵列实现人造光子皮肤

中国科学院化学研究所光化学院重点实验室赵永生研究员课题组发展了一种双层电子束直写技术，实现了全有机柔性微腔激光阵列的大规模制备，进而设计了基于耦合腔结构的光子学传感器网络，最终展示了其类皮肤的机械传感应用。相关成果发表于Science Advances。柔性电子学在人造智能皮肤设计方面已经取得了巨大成功，但以光子作为信号载体的柔性光子学具有非侵入性、超灵敏性、无电磁干扰及并行处理等优点，有望进一步推动人造智能皮肤的发展。这种新型柔性光子学芯片在人的本体感觉重构、人机交互和机器人自保护系统等领域具有广泛的应用前景。

高强高耐蚀镁合金材料

中国科学院金属研究所许道奎研究员团队与南京工业大学信运昌教授课题组合作，在镁合金力学强度与耐蚀性协同提升研究方面取得重要突破。相关成果发表于Nature Communications。采用多道次三向压缩技术制备孪晶组织，通过对压缩路径及道次应变的独特设计，利用12道次低应变和高应变循环交替压缩，在AZ80镁合金中成功地制备出平均片层厚度约为200nm的高密度孪晶组织，使平均晶粒尺寸从初始材料的33mm左右细化至300nm，其抗拉强度高达469MPa，是已报道该系列镁合金中强度最高的。新材料析出相呈颗粒状，细小且均匀分布在镁基体中，显著抑制了局部腐蚀的发生，将腐蚀速率降低了一个数量级。

高密度孪晶组织的微观结构（UFT-4样品）（图片来源于中国科学院金属研究所网站）

析出相的微观结构（图片来源于中国科学院金属研究所网站）

一种高灵敏的柔性离子凝胶压感皮肤

上海交通大学机械与动力工程学院机器人研究所朱向阳教授、谷国迎教授团队与合作者在高灵敏柔性离子凝胶压感皮肤研究上取得新进展，相关成果发表于Advanced Materials。新设计的压力传感器主要由离子导电的水凝胶和导电金属织布组成，与传统的pF级平行板电容压力传感机理不同，该器件采用了新型的超高电容机理，将平行板电容中间绝缘的介电层替换为离子导电的水凝胶层，水凝胶与金属电极在界面处形成了双电层，金属电极表面的正负电荷分别吸引水凝胶中相反极性的离子，在界面处大量微观的离子-电子对形成微电容，由于其间隙由毫米级降低至纳米级，其电容值显著增强，在宏观上形成了nF至μF级的超高单位面积电容。

开发共熔体系处理木质纤维素

北京林业大学材料学院薛智敏副教授和中国人民大学牟天成教授合作，阐述3种以上共熔物的工作，并对共熔物的发展做了展望。相关成果发表于Chemical Society Reviews。低共熔溶剂作为一类新兴体系，在林木生物质处理和转化中表现出极大的潜力。论文从共熔物的形成入手，梳理了导致熔点降低的原理（熵效应、化学势、相互作用、振动扩散机理和气-液-固-固四相机理）。然后论述了共熔金属、共熔盐和低共熔溶剂的性质和应用。最后提出了在化学与化工领域，机器学习现阶段依赖于实验室和工业界的信息输入。将来，基于算法的研究可以指导、设计共熔体系，可用于实验室研究和工业化生产。

全疏水离子液体凝胶用于可穿戴水下传感与通信

中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员团队与浙江省之江实验室郑音飞教授团队合作，利用疏水界面对水分子和导电离子的扩散屏障功能，开发了一种具有水下长期稳定性的全疏水离子液体凝胶材料，并实现了其在水下环境中的传感与通信应用。相关成果发表于Materials Horizons。离子导电凝胶材料具有良好的生物相容性、力学匹配性与可修饰性。通过疏水单体（丙烯酸叔丁酯，t-BuA）在疏水离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，[BMIm]TFSI）中的聚合，制备了具有全疏水结构的离子液体凝胶。其优异的抗溶胀和防离子泄漏性能确保了该离子液体凝胶在水环境中能保持长期稳定。

新特提斯软流圈的不均一性及再循环的古老大洋地幔

中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室吴福元院士、刘传周研究员及团队成员与中国地质大学（北京）的朱弟成教授合作，利用新特提斯缝合带西段土耳其境内的Kop Mountain蛇绿岩中的地幔橄榄岩，同时结合新特提斯蛇绿岩的已有数据，对软流圈的不均一性及其成因进行了深入研究。相关成果发表于Geochimica et Cosmochimica Acta。软流圈是地球内部一个“承上启下”的圈层。研究显示，Kop Mountain蛇绿岩中的地幔橄榄岩具有相对饱满的化学组成。从而揭示了地幔部分熔融和熔体交代过程中Re-Os和Lu-Hf两种同位素体系表现出的不同地球化学行为。

新特提斯在地质历史上的演化、缝合带位置（a-b）及其软流圈的不均一状态和再循环的古老地幔性质（c）（图片来源于中国科学院地质与地球物理研究所网站）

新特提斯缝合带西段蛇绿岩分布、Kop Mountain蛇绿岩位置（a）及地质简图（b）（图片来源于中国科学院地质与地球物理研究所网站）

黑土耕层厚度影响作物养分吸收和产量

中国科学院东北地理与农业生态研究所刘晓冰研究员和金剑研究员等人针对黑土层变薄如何影响作物产量的科学问题开展研究。相关成果发表于Land Degradation and Development。对土壤侵蚀导致黑土层变薄从而降低中国黑土不同作物生产力的研究，尤其是有关作物根系吸收养分方面的研究缺少科学数据。研究发现，与大豆相比，玉米对耕层厚度的响应更为敏感，主要是土壤养分有效性降低及作物从土壤中获取养分的能力下降，耕层变薄进一步加剧了养分缺乏对玉米产量的限制。因此，研究提出，针对土壤侵蚀导致的耕层变薄的黑土，应关注玉米的施肥策略保证养分供应以确保玉米产量，比大豆更为关键。

草原生态保护补助奖励政策实施效果

北京大学现代农学院侯玲玲研究员与国内外合作者结合遥感数据和农牧户实地调研数据，系统评估了草原生态保护补助奖励政策的实施效果。相关成果发表于Nature Communications。研究表明，生态补奖政策在一定程度上改善了草地质量，促进了农牧民增收。农牧民在获得生态补奖资金后在一定程度上改变了放牧行为，草地质量因此得以改善。由于PES（生态系统服务付费机制）自身的特点，该政策也会使相对富裕的农牧民获得更多的生态补奖资金，加大了贫富差距。针对该政策实施中可能存在的问题，该研究还建议采用遥感数据和无人机等先进技术加大监管力度，在现有基础上不断完善补偿标准、设置配套措施，因地制宜地推进草原生态补奖政策。

气候变暖对天山雪岭云杉林固碳能力影响

中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室陈亚宁研究员团队以天山雪岭云杉林为研究对象，计算了雪岭云杉地上生物量1850年—2017年间的年固碳能力，并探讨了影响雪岭云杉固碳能力的关键气候因素。相关成果发表于Forests。温度，尤其是最低温度的持续升高，是导致天山雪岭云杉固碳能力增加的关键气候因素，两者对天山雪岭云杉固碳能力变化的贡献率分别为75%和44%。可以预见，未来全球变暖背景下，尤其是随着未来西北地区冬季气温和最低气温的持续升高，天山雪岭云杉林固碳量将显著增加。该研究结果可为评估全球变化背景下新疆乃至全球干旱区山地森林生态系统碳储量变化提供研究基础。

黑河流域系统模型的发展与应用

中国科学院青藏高原研究所李新研究员与科学家们开展了黑河流域生态-水文过程集成研究。相关成果发表于Environmental Modelling & Software。他们研发的黑河流域系统模型主要包括4大模块，一是流域生态水文模型，它由上游地区的分布式生态-水文模型和中下游地区的分布式生态-水文模型集成；二是社会经济模型，它由宏观水经济模型WEM和微观代理人模型ABM组成；剩余两个是土地利用模型和水资源模型，这两个模型是连接生态水文模型和社会经济系统的界面模型。模型在流域多尺度水量平衡的精细闭合、用水效率和水生产力分析、中长期生态水文模拟和预测、关键水资源管理措施的生态响应研究以及流域可持续发展决策支持系统构建等方面开展了应用。

黑河流域系统模型框架（图片来源于中国科学院青藏高原研究所网站）

未来流域系统模型的目标（图片来源于中国科学院青藏高原研究所网站）

川西浅层黄土滑坡失稳机理研究

中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所陈宁生团队基于现场勘探、室内试验、数值模拟和强度反演计算，在浅层黄土滑坡失稳机理研究方面取得新进展。相关成果发表于Landslides。四川西北地区分布着大量的黄土堆积，独特的地形条件和气候特征使得川西地区黄土滑坡的成灾背景、形成条件和成因机制有别于其他典型黄土地区，具有较高科学研究价值。2020年3月5日，四川省松潘县窑坝村发生浅层黄土滑坡，对下方村民130人的生命和财产安全造成严重威胁。团队对其机理分析研究后发现，在区域强烈水动力条件和滑坡后端凹槽地形汇流作用的基础上，异常高温使融雪水突增，加速含水率饱和，使土体抗剪强度达到极限平衡状态从而失稳滑动。

新技术助力珠江口油气勘探

中国科学院广州地球化学研究所研究员熊永强课题组对珠江口盆地白云深水区有效烃源岩（文昌组和恩平组）中键合态正构烷烃分布和单体烃碳同位素组成（δ13C）进行分析，以在扣除油基泥浆污染的前提下，揭示研究区各层系烃源岩的真实特征。相关成果发表于Marine and Petroleum Geology。珠江口盆地白云凹陷位于我国南海北部陆坡深水区，油气资源丰富，但受实际勘探条件的制约，岩芯获取难度大，且获取的岩屑大多受到油基泥浆污染，阻碍该区潜在烃源岩的地球化学评价。研究表明，油基泥浆可侵入岩屑内部，严重影响催化加氢热解产物中正构烷烃的分布特征；离线脱吸附可有效消除油基泥浆的污染，同时不影响键合态正构烷烃的分布特征。

与往年相比，中国2020年春天提前了8.4天

中国科学院地理科学与资源研究所苏奋振、付东杰等人开展了2020年新冠肺炎疫情防控下中国春天的研究。相关成果发表于Science Advances。文章采用大数据技术，分析了中国2020年防控措施前后各指标的变化，包括人群活动强度、大气排放及物质、气溶胶大气透过率、光合有效辐射、叶面积指数和总初级生产力等，进而分析过去20年春天植被指标的变化趋势，并与2020年春天植被指标进行比较。研究发现，防控措施实行后，人类活动大幅下降，大气颗粒物减少，大气透过率增强，太阳有效辐射增加，植被生长增强。与往年相比，中国2020年春天提前了8.4天，植被LAI值增高17.45%。