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世界最大断面组合式矩形盾构顶管机成功下线

2023年1月6日，世界最大断面组合式矩形盾构顶管机“中铁1179号”在郑州中铁装备国家TBM产业化中心下线，这是我国在矩形顶管技术上的又一次重大突破，进一步巩固了我国在该领域的国际领先地位。该设备将用于深圳地铁12号线沙三站地铁车站的建设，对促进地铁车站建设工法创新具有重要意义。

近年来，随着工法、装备的不断突破创新，我国地铁车站的机械化建设进入了蓬勃发展时期。传统地铁车站建设通常采用明挖法或暗挖法，明挖法造价低、工期短，但严重影响环境，传统暗挖以人工和小型机械作业为主，环境影响相对较小，但风险高、造价高、工期长。2019年，中国工程院院士陈湘生牵头开展《繁华城区暗挖地铁车站关键技术》的科研攻关工作，深圳地铁集团、深圳市政院、水电十一局、深圳大学、中铁装备“产学研用”紧密融合，在深圳沙三站项目首次将超大断面组合式矩形盾构顶管机引入地铁车站建设领域，实现了地铁车站施工工法的重大创新。

为该项目量身定制的“中铁1179号”矩形顶管机，是目前世界上开挖面积最大（宽11.29 m、高13.55 m）的矩形盾构顶管机，由两台设备上下组合而成。针对沙三站项目施工的重难点，中铁装备采用多刀盘布置方式，多个螺旋机协同控制，通过微台阶开挖技术、姿态测量及控制技术等，实现了浅覆土、大断面、零间隙开挖功能，为项目的安全优质高效施工提供有效保障。

陈湘生院士在讲话中指出，地下空间高效建造领域要以关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性创新技术为突破口，敢于走前人没走过的路，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。

中铁装备党委书记、董事长赵华表示，本次下线的顶管机将应用于地层变形难预测的繁华城区地下工程建设，是顶管机技术创新的重大突破，更是地铁车站新型暗挖技术应用的一次重大跨越，具有里程碑式的意义。中铁装备将坚持创新驱动战略，加快打造世界隧道掘进机原创技术策源地，为城市下穿隧道、地铁出入口、地下停车场、综合管廊等提供新方案、新产品。

（来源：科技日报）

我国高端磁共振装备成功“点亮肺部”

2023年1月3日，记者从湖北省科技厅和中国科学院精密测量科学与技术创新研究院（以下简称精密测量院）了解到，由湖北省整合资源、精密测量院等单位研制的新一代高端磁共振装备——“医用氙气体发生器”获批二类医疗器械注册证。据悉，这是全球首个获批的人体多核磁共振成像系统核心装置的医疗器械注册证。

高端磁共振装备是临床诊断和生命科学研究的利器，作为医疗器械行业中技术壁垒最高的细分市场，国产化程度最低。目前我国国产磁共振设备主要占据中低端市场，高端设备国产化率不足5%。

精密测量院历时十余年自主研制的人体肺部气体磁共振成像装备，实现了1H、129Xe的多核成像，获得了世界上首幅增强5万倍以上的人体肺部气体磁共振成像图，成功“点亮肺部”。相关成果入选国家“十三五”科技创新成就展，作为国家杰出青年科学基金25周年成果展13项代表性成果之一进京展出。

该装备具有完全自主知识产权，其核心装置之一“医用氙气体发生器”获批二类医疗器械注册证，成为全球首个获批的该类产品；另一核心装置通过国家药品监督管理局创新医疗器械特别审批程序，有望年内获批三类医疗器械注册证。

据悉，精密测量院研究员周欣团队在启动这项研究时，美国、英国、加拿大等国已提前起跑，但现在我国这项技术成果已领先全球。

（来源：《中国科学报》）

最薄非线性量子光源首次实现

中国科学技术大学郭光灿院士团队任希锋教授等人与新加坡国立大学仇成伟教授、郭强兵博士等合作，首次利用新型二维材料NbOCl2的非线性过程实现了超薄的量子光源，厚度可低至46 nm。这是目前国际报道的最薄非线性量子光源。2023年1月4日，该研究成果发表于《自然》杂志。

小型化、集成化是解决空间光学量子系统稳定性差、不可扩展等问题的理想方案，也是光学量子计算、量子通信等走向大规模和实用化的必经之路。量子光源作为量子光学系统不可或缺的部分，其小型化一直是人们研究的重点。任希锋前期与南京大学等单位合作，将超构表面引入量子信息领域，集成超构透镜阵列与非线性光学晶体，实现了100路径参量下转换，制备了超高维量子纠缠态和多光子源。

二维材料的层内晶体结构稳定，而原子层间的相互作用力要弱很多。基于这种特性，单层二维材料可以在保持原子尺度厚度的同时也保持物理性质的稳定，使得二维材料可以稳定且灵活地与各种微纳尺度光学器件直接耦合，因此被广泛应用在集成光子芯片的各个重要组成部分之中。常见的二维材料（WS2、WSe2等）虽然具有很大的二阶非线性系数，但是单层厚度太薄（＜1 nm），从而导致整体产生的非线性信号强度很低。如果增加材料的层数，又会由于多层堆叠造成的空间对称性使得二阶非线性过程减弱甚至消失。

此次研究中，合作者们采用了一种新型NbOCl2材料，它不仅具有常见单层二维材料所特有的高二阶非线性系数，更重要的是它的层间电子耦合弱并且空间结构非对称。这种特性使得它的二阶非线性信号强度会随着二维材料层数的增加而增加，可至少超过单层二维材料WS2倍频强度两个数量级。

合作者们进一步测试了多层NbOCl2二维材料的自发参量下转换过程，也对参量光信号强度随二维材料厚度的变化关系进行了测量，实验结果和理论预期完全吻合。

研究人员认为，该研究不仅为光学量子信息研究提供了一种可集成的量子光源，也为二维材料的非线性研究开辟了一个新的方向。

（来源：《光明日报》）

我国首个大型页岩气田再创两项国内纪录

在我国首个进入商业开发的大型页岩气田——中国石油化工集团有限公司江汉油田涪陵页岩气田迎来勘探开发10周年之际，中国石化2022年12月28日宣布，涪陵页岩气田焦页12号平台18口气井全部完井，其中投产气井16口，采收率达44.3%，创下了我国页岩气开发平台井数最多、井组采收率最高两项纪录。

涪陵页岩气田位于重庆市涪陵区，2012年12月开始建设，2014年3月进入商业开发，实现了我国页岩气重大勘探突破，是川气东送管道重要气源之一，已为长江经济带沿线70多个城市送去了绿色清洁能源。

中国石化涪陵页岩气公司当日发布《涪陵页岩气田勘探开发10周年社会责任报告》。数据显示，十年来涪陵页岩气田累计探明储量近9 000亿m3，截至2022年11月底，日产页岩气达到2 270万m3，累计生产页岩气532亿m3。

页岩气是从页岩层中开采出来的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，可用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等。

（来源：新华社）

基于石墨烯的纳米电子平台问世

纳米电子学领域的一个紧迫任务是寻找一种可替代硅的材料。美国佐治亚理工学院研究人员开发了一种新的基于石墨烯的纳米电子学平台——单片碳原子，成果发表于2022年12月《自然·通讯》杂志上。该技术可以与传统的微电子制造兼容，有助于制造出更小、更快、更高效和更可持续的计算机芯片，并对量子和高性能计算具有潜在影响。

研究人员称，石墨烯的力量在于其平坦的二维结构，这种结构由已知最强的化学键结合在一起。相较于硅，石墨烯可微型化的程度更深、能以更高的速度运行并产生更少的热量。原则上，单一的石墨烯芯片要比硅芯片内可封装更多器件。

为了创建新的纳米电子学平台，研究人员在碳化硅晶体基板上创建了一种改良形式的外延石墨烯，用电子级碳化硅晶体生产了独特的碳化硅芯片。

研究人员使用电子束光刻来雕刻石墨烯纳米结构并将其边缘焊接到碳化硅芯片上。这个过程机械地稳定和密封石墨烯的边缘，否则它会与氧气和其他可能干扰电荷沿边缘运动的气体发生反应。

最后，为了测量石墨烯平台的电子特性，研究团队使用了一种低温设备，使他们能够记录从接近零摄氏度到室温下的特性。

团队在石墨烯边缘态观察到的电荷类似于光纤中的光子，可在不散射的情况下传播很远的距离。他们发现电荷在散射前沿着边缘移动了数万纳米。而先前技术中的石墨烯电子在撞到小缺陷并向不同方向散射之前，只能行进约10 nm。

在金属中，电流由带负电的电子携带。但与研究人员的预期相反，他们的测量表明边缘电流不是由电子或空穴携带的，而是由一种不同寻常的准粒子携带，这种准粒子既没有电荷也没有能量，但运动时没有阻力。尽管是单个物体，但观察到混合准粒子的成分在石墨烯边缘的相对侧移动。

团队表示，其独特的性质表明，准粒子可能是物理学家几十年来一直希望利用的粒子——马约拉纳费米子。

（来源：科技日报）

我国科学家首次实现水凝胶软电子器件3D打印

植入生命体的电子器件，可以是柔软而有温度的。西湖大学工学院特聘研究员周南嘉团队开发了一种水凝胶支撑基质和一种银-水凝胶复合导电墨水，在全球范围内首次通过3D打印制备出封装内部电路的一体化水凝胶电子器件，相关研究成果2022年12月20日发表在国际期刊《自然·电子学》上。

“外来”的材料会被人体识别，产生一定的排异反应，比如治疗骨折用的钢钉、种植用的牙齿，乃至材质柔软的人工耳蜗。面对电子器件进入身体后的“尴尬”，水凝胶被科学家寄予厚望，因为它同时具备柔韧性和良好的生物兼容性。

“水凝胶无处不在，比如隐形眼镜、小朋友玩的水晶泥。”周南嘉介绍，传统的水凝胶电子器件，就是用水凝胶把电路“包裹封装”起来，在核心的电路部分，仍然是坚硬的金属。

研究团队此次突破点在于，把水凝胶电子器件中的金属部分也“统一”成水凝胶的状态。

研究团队首先在材料的设计方法上寻找突破，找到了海藻酸钙-聚丙烯酰胺双网络水凝胶并加以改造。据了解，将海藻酸钙和聚丙烯酰胺合成一整块水凝胶的方法，虽然常见但缺少灵活性。研究团队把这两种水凝胶的固化分成了两个独立步骤——先固化海藻酸钙，然后再“打碎”细化成为微凝胶微颗粒。

如此一来，这种凝胶颗粒中除了海藻酸钙，还包含了丙烯酰胺单体、交联剂和自由基引发剂，粒径在20μm左右，可以作为3D打印的“支撑基质”。打印完成后，可再通过加热引发聚丙烯酰胺的固化，让电子器件最终定型。

微凝胶颗粒是流体状态的，可以作为用来打印电子器件的“基质”，那能否通过改造，让这种微凝胶颗粒可以导电，用来打印电子器件的电路部分？经过反复试验，研究人员找到了突破点——将微凝胶颗粒与少量微米银片以及添加剂混合，制成导电墨水材料。这种导电水凝胶墨水可以通过嵌入式打印的方法，在微凝胶颗粒的基质中自由构建具有三维结构的柔性电路。

在此基础上，研究团队制备了可用于提供电刺激的全水凝胶电极，可以通过简单的手术缠绕在小鼠的坐骨神经上。在1 Hz频率的脉冲式电压刺激下，3D打印电极可在低达100 mV的电压下引起小鼠腿部的规律大角度运动。作为对照的离子导电水凝胶的电极，在250 mV的驱动电压作用下也只可勉强引发小鼠腿部微小的运动。

西湖大学博士后、论文第一作者惠岳表示，这一套技术方法，可以在个性化定制可植入电子器件领域发挥重要作用。

（来源：科技日报）

我国首个量子计算机和超级计算机协同计算系统解决方案发布

2022年12月15日，记者从安徽省量子计算工程研究中心获悉，中国首个量子计算机和超级计算机协同计算系统解决方案(简称“量超协同”系统解决方案)正式发布。

量子计算与超级计算机融合是国际科研团队致力攻关的领域之一。本次发布的“量超协同”计算系统解决方案由合肥本源量子计算科技有限责任公司开发。该方案可将计算任务在量子计算机和超级计算机之间进行分解、调度和分配，实现量子计算和超级计算机的高效协同，从而在大幅节约资源的情况下，双向发挥量子计算机和超级计算机各自优势。

“‘量超协同’系统解决方案可以理解为一套‘运算作战’的指挥系统，超级计算机可辅助量子计算机完成量子计算流程，处理量子计算机不擅长的工作；量子计算机可用于加速处理复杂计算任务。”安徽省量子计算工程研究中心副主任窦猛汉说，对于某些特定计算，如果采用超级计算机，功率是在兆瓦级别，而采用量子计算能耗上将大大减少。

窦猛汉表示，“量超协同”计算系统解决方案集成了“本源悟源”系列超导量子计算机，同时包含了量子计算机和经典计算的部分，通过“本源司南”量子计算机操作系统调度资源，让量子计算与经典计算合作来完成计算任务。

本源量子团队技术起源于中科院量子信息重点实验室，以量子计算机的研发、推广和应用为核心。该团队已先后研发出中国首个自主研发的超导量子计算机本源悟源、中国首款量子计算机操作系统本源司南、中国首个量子计算云平台等。

（来源：中国新闻网）

费米尺度的单粒子双缝干涉实验首次实现

中国科学技术大学高能核物理课题组与美国布鲁克海文国家实验室、山东大学等单位的联合研究团队，在STAR国际合作组中发挥主导作用，首次在高能重离子碰撞过程中以不稳定粒子——短寿命矢量介子（ρ0）为实体，实现了费米尺度的单粒子双缝干涉实验，并利用该过程的线性偏振特征观测到极化空间的干涉现象。该研究成果2023年1月4日发表于《科学进展》。

波粒二象性是量子力学的基石原理，也是量子力学“反常识”和“反直觉”的源头之一。而单粒子的双缝干涉思想实验能够非常直接地从现象上诠释波粒二象性。近半个世纪以来，实验学家们相继以光子、电子、原子、分子和生物大分子作为干涉实体，实现了该思想实验。那么，对于高能核物理实验中常见的不稳定粒子是否也能够作为实体产生双缝干涉现象？

STAR的研究团队利用甚高能原子核对撞中相干光致产生的不稳定粒子ρ0（寿命约为1费米/光速）作为干涉实体实现了费米尺度的双缝干涉实验，这也是目前尺度最小的双缝干涉实验。在金核-金核碰撞中，两个对撞核都可以作为ρ0介子散射的靶核（“缝”），从而形成干涉。该过程产生的ρ0介子是完全线性极化的，其衰变产物趋向于沿着极化方向运动，从而导致衰变角的二阶余弦调制随着ρ0介子横动量大小呈现周期变化，这是双缝干涉现象在极化空间的首次体现。有意思的是，在这些对撞中两个“缝”之间的典型距离约为20费米，远大于ρ0介子衰变之前所能到达的距离，这表明来自两个“缝”的ρ0介子波函数在相遇重叠之前就已经衰变，ρ0介子的双缝干涉实际上是由其衰变产物（比如π+π-对）的协同合作而产生。这些衰变的π+π-对“超时空”地协同完成干涉，是诠释量子纠缠现象的一个绝佳范本。

中国科大物理学院粒子物理与原子核物理专业副教授查王妹为这篇合作组文章的主要作者，在实验分析中做出了突出贡献。此外，查王妹还建立了相关唯象理论模型，对甚高能原子核对撞中相干光致产物的双缝干涉进行了理论研究，对实验测量有重要指导意义。

STAR是基于美国布鲁克海文国家实验室相对论重离子对撞机上STAR实验的大型国际合作组，由来自14个国家71个单位的700多位科研人员组成。中国科大高能核物理课题组是STAR国际合作组的重要研究力量。

（来源：中国科学报）

大容量、高能量密度水系锌电池问世

中国科学技术大学获悉，该校化学与材料科学学院陈维教授课题组，设计了一种稳定的金属/金属—锌合金异质结界面层，实现了大面容量下无锌枝晶的稳定沉积和溶解，并达到274 Wh/kg的锌溴电池能量密度。另外，大容量锌溴电池展示出优异的循环稳定性，电池模组与光伏面板集成展示了其对可再生能源的存储能力。该研究成果2023年1月5日发表于国际期刊《自然·通讯》上。

水系锌电池具有低成本、长寿命、高安全的特点，是下一代大规模储能电池技术最有力的竞争者。然而锌电池面临一系列的问题，严重影响了其产业化进程：首先是锌负极存在不可控的副反应如枝晶生长、析氢等，限制了电池的循环寿命；其次，锌电池中过高的正负极比和较低的面容量降低了电池的能量密度；再者，缺乏对安时级大容量电池的性能研究及其在储能系统中的应用探索。

研究人员设计了一种二维锑/锑锌合金异质结界面层用于稳定锌在大面容量下的沉积、溶解。这种异质结界面在锌沉积过程中表现出对锌原子较强的吸附性及均匀的电场分布，从而实现了200 mAh/cm2超高面容量下无枝晶的锌沉积/溶解。此外，使用该异质结构界面修饰的无锌负极与溴正极结合装配成了无负极锌溴电池，显示出274 Wh/kg的理论能量密度以及62 Wh/kg的实际能量密度。容量为500 mAh的大容量锌溴电池表现出超过400次的稳定循环。进一步放大到1.5 Ah的电池在不同的串并联形式下均表现出优异的放电电压和效率。此外，能量为9 Wh的锌溴电池模组与光伏板集成展示了其实用的可再生能源储存能力。

（来源：科技日报）

我国首个超大城市区块链基础设施支持数百亿条数据共享

2023年1月1日0时，北京市目录链2.0上线。目前北京市80余个部门的市级数据目录、16个区与经济技术开发区的区级数据目录，以及民生、金融等领域10余家社会机构的数据目录全部上“链”。这是我国首个超大城市区块链基础设施。

数字化时代，数据就是生产力。过去，不少数据沉淀于各部门的信息系统、统计报表，存在共享难、协同散、应用弱等问题。如何打破“信息孤岛”、挖掘数据价值，以助力经济发展和民生福祉改善，成为各方关切。

北京市大数据中心相关负责人介绍，目录链作为“北京大数据行动计划”的核心内容，于2018年10月设计、2019年4月上线、2019年10月“锁链”。经3年多运行，北京市80余个部门的市级数据目录、16个区与经济技术开发区的区级数据目录，以及民生、金融等领域10余家社会机构的数据目录全部上“链”。链上实时管理目录信息50余万条、信息系统2 700余个，支撑跨部门、跨层级、跨领域、跨主体的数据安全共享1万余类次、数百亿条。

作为全国首个超大城市区块链基础设施，北京市目录链的此次升级依托我国自主可控的区块链软硬件技术体系长安链，实现从底层架构到核心算法的全面自主可控，进一步提升了政务和社会数据安全有序流通的可靠性。

长安链技术团队负责人介绍，长安链的高并发、低延时、大规模节点组网等能力，实现了目录链2.0在架构灵活性、共识机制、数据存储等方面的显著提升，区块链数据查询响应速度达毫秒级。特别是安全性方面，目录链2.0的框架体系、技术架构及核心组件全部自主研发，采用多重安全防护技术，保障系统安全和数据安全。

基于北京市目录链，北京逐步建立起“数据来源可信任、授权范围可界定、流通过程可追溯、场景用途可监管”的数据管理控制新格局，在北京冬奥会和冬残奥会闭环管理、疫情防控、复工复产、城市运行、社会治理、民生服务等应用中发挥重要作用。

（来源：新华社）

中国工程院发布2022全球十大工程成及全球工程前沿

2022年12月15日，中国工程院院刊Engineering发布“2022全球十大工程成就”，包括北斗卫星导航系统、嫦娥探月工程、新冠病毒疫苗研发应用、猎鹰重型可回收火箭、港珠澳大桥、超大规模云服务平台、詹姆斯·韦布空间望远镜、复兴号标准动车组、太阳能光伏发电和新一代电动汽车在内的全球十项工程成就入选。

全球十大工程成就指近五年在全球范围内完成、具有全球影响力并产生显著经济和社会效益的工程创新重大成果，能够反映某个或多个领域当前工程科技最高水平。

评选活动由中国工程院院刊Engineering学科编委会和中国工程院“全球工程前沿”项目组专家联合担任评选委员会，遵循独立、客观、科学的原则，经过全球征集提名、专家遴选推荐、公众问卷调查，最终确定。

2022年评选出的“全球十大工程成就”，既包括与当前人类福祉息息相关的重大创新，如“新冠病毒疫苗研发”“新一代电动汽车”，也包括推动人类向地球以外探索的巨大努力，如“嫦娥探月工程”“猎鹰重型可回收火箭”，都显示出工程科技的重大价值，为人类文明进步提供不竭动力。

会上，中国工程院、科睿唯安公司与高等教育出版社还联合发布了《全球工程前沿2022》报告。

《全球工程前沿2022》报告围绕机械与运载工程，信息与电子工程，化工、冶金与材料工程，能源与矿业工程，土木、水利与建筑工程，环境与轻纺工程，农业，医药卫生和工程管理9个领域，共研判95项工程研究前沿和93项工程开发前沿。

2022全球工程前沿以“新技术”“新材料”“新手段”“新理念”为总体特征，具体表现在新一代信息技术快速发展和广泛渗透，推动越来越多的工程前沿呈现“智能+”发展模式；研发并应用具有新功能、新特性、适应复杂多变环境的新材料成为工程科技重要发展方向；机器人成为各行各业转型升级的新手段；绿色低碳发展新理念引领工业流程再造、重塑全球能源技术体系、提升交通与建造能力。

从演变历程看，过去六年，全球工程前沿呈现以下三大趋势。

一是从单项创新到系统集成。如“空天地海一体化通信组网理论与技术”综合集成地基网络、天基网络、空基网络、海基网络，可以为广域空间范围内的各种网络应用提供泛在、智能、协同、高效的信息基础设施。

二是从并行发展到交叉融合。如“适老化智能响应健康建筑”，融合了建筑设计与建造、人工智能、信息通信、生命健康、环境等多学科知识，致力于解决老龄化带来的挑战。

三是从技术研发到场景应用。如“基因编辑技术”经过几年的发展，加速走向实际应用，在植物、动物及人体上的应用成为新的工程前沿方向。

工程前沿是指对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，是培育工程科技创新能力的重要指引，具有前瞻性、先导性和探索性的特征。

据了解，自2017年起中国工程院联合科睿唯安公司、高等教育出版社，依托中国工程院《工程》系列期刊，每年组织开展全球工程前沿研究，研判工程科技创新前沿方向，引领工程科技未来创新发展，向全球范围发布中英文报告。

（来源：科学网）