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用泪液充电的纤薄电池问世可为智能隐形眼镜供电

新加坡南洋理工大学科学家开发出一种像人类角膜一样薄的柔性电池，当它浸入盐溶液甚至泪液中时可储存电力，未来可为智能隐形眼镜供电。该研究于2023 年6 月1 日发表在《纳米能源》杂志上。

智能隐形眼镜是高科技隐形眼镜，能在角膜上显示可见信息，并可用于访问增强现实。当前主要用途包括帮助矫正视力、监测佩戴者的健康状况，以及透过泪液中的葡萄糖来测量血糖，为患有糖尿病和青光眼等慢性疾病的人标记和治疗疾病。

智能隐形眼镜需要数据的记录、传输与存储，例如利用无线技术接收数据，甚至可将数据投射到镜片上。技术人员希望，在不久的未来，智能隐形眼镜可记录佩戴者看到和听到的一切，并将其传输到基于云的数据存储。

为了实现这一潜力，技术人员需要开发一种安全且合适的电池来为其供电。现有的可充电电池依赖于含有金属的电线或感应线圈，不适合在人眼中使用，且会给用户带来风险。

南洋理工大学开发的电池由生物相容性材料制成，不含电线或有毒重金属。它具有基于葡萄糖的涂层，可与周围盐溶液中的钠离子和氯离子发生反应，而电池中含有的水则充当发电的“电线”或“电路”。

该电池也可通过人类的眼泪来供电，因为它们含有浓度较低的钠离子和钾离子。

研究人员用模拟泪液测试当前的电池，结果表明，每使用12 小时的佩戴周期，电池的寿命就会额外延长一个小时。此外，电池也可通过外部电源按常规方式充电。

（来源：科技日报）

科学家首次制备出基于“褶皱”的孤立微纳结构

连绵的山丘、干瘪的果皮、开裂的油漆墙面及布满皱纹的肌肤……这些“褶皱”现象在日常生活中随处可见。近年来，科学家致力于通过人为诱导的方式获得可控制造的“褶皱”微观结构，这已成为微纳加工领域的研究热点之一。

近日，国家纳米科学中心研究员刘前和北京化工大学数理学院副教授王聪带领的科研团队提出一种利用电子束辅助激光诱导的新型应变加工技术，克服了褶皱本征波长对于应变结构可设计性的极大限制，首次制备出了孤立的可控可设计的褶皱亚微米应变结构。相关研究成果2023 年8月13 日在《激光与光子学评论》（Laser＆Photonics Reviews）上刊发。

褶皱是一种力学失稳导致的表面应变结构。近年来，科学家利用激光诱导的起皱方法，有效解决了起皱微加工中遇到的无序性和缺陷问题，实现了褶皱周期可调控和周期性结构的可设计加工，使褶皱作为一种新型的微纳加工方法向前迈进了一大步。然而，由于褶皱应变的传递性和周期性，孤立的褶皱结构一直未能实现。在科学家看来，这主要是由于“本征波长”的存在，激光诱导的方法只能制备接近本征波长的周期性微纳结构。

在最新发表的论文中，科研人员通过辅以电子束辐照的方式，在聚苯乙烯-硅（PS-Si）双层膜体系上首次实现了不含任何次级结构和无序褶皱的任意孤立褶皱结构。该技术手段成功突破了双层膜体系中褶皱本征波长的限制，展示了任意孤立的微∕纳米应变结构的可设计性和可控性。

论文显示，科研人员通过新方法制造的凸起阵列结构能够确保每个凸起结构的间距（5 微米）大于褶皱的本征波长，保证了每个凸起结构的相对独立性。多种表征的结果显示，此类凸起基本单元的横向尺寸在亚微米量级，纵向尺寸在百纳米量级，可满足实际应用中对于表面微∕纳米结构的要求。

电子束辐照是能够实现任意设计孤立结构的可控制造的关键。论文提出了经由电子束辐照区域的聚苯乙烯（PS）玻璃化转变温度升高的机理解释，并对电子束在不同加速电压下的作用效果进行了定量研究，指明了电子束抑制无序褶皱结构的最优作用强度。

随后，科研人员提出了一种全新的产生预应变结构的方法，即通过激光诱导下层PS 分解气化的方式使得上层硅（Si）膜产生一定量的膨胀，以此为后续预应变转化为高度可控的凸起基本单位做铺垫。该过程的内在机理同时被相关实验和模拟充分佐证。以凸起结构为基本单元构建的多种基础和复杂孤立结构也被制造，展示着该方法的高度可设计性。

科研人员相信，通过结合激光诱导预应变和电子束辐照两种方法，这一新方法开创性地实现了任意应变结构，使以往无法加工的孤立应变微结构成为可能，使“激光路径诱导”真正发展成为一种通用的微∕纳米制造技术。

国家纳米科学中心博士生瞿钰松、南开大学博士生陈胜垚、中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士生何炬星为文章共同第一作者，国家纳米科学中心研究员刘前和北京化工大学数理学院副教授王聪为共同通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金、国家重点研究发展计划、欧盟第七框架计划、中科院战略先导A 项目、中央高校基本科研业务费等基金资助。

（来源：中国科学报）

原子核β衰变释放四个粒子模式首次发现

科技日报2023 年9 月5 日报道，科学家首次观测到一种新的衰变模式。在这种衰变中，氧的一种较轻的形式，即氧-13（有8 个质子和5 个中子），通过分裂出3 个氦核（一个没有周围电子的原子）、1 个质子而衰变。这项研究发表在最新一期《物理评论快报》杂志上。

此前，科学家观察到一种有趣的放射性衰变模式——β+衰变。其中，质子转化为中子，并通过发射正电子和中微子来释放部分产生的能量。在最初的β 衰变之后，产生的原子核有足够能量来“蒸发”额外的粒子，使自己更稳定。

此次，通过观察单个原子核分裂并测量其分裂产物，科学家观察到了这种衰变。他们首次观测到原子核经β 衰变后释放出3 个氦核（α 粒子）和1 个质子。这些发现可让他们了解衰变过程和衰变前原子核的性质。

在这项实验中，研究人员使用回旋加速器产生一束高能（约10%光速）的放射性原子束。他们将氧-13放射性物质束发送到探测设备中。

物质束停在这一充满二氧化碳气体的探测器内，大约10 毫秒后通过发射1 个正电子和1 个中微子（β+衰变）进行了衰变。将氧-13 以一次一个原子核的方式注入探测器并等待其衰变，研究人员测量了β衰变后“蒸发”的粒子。

研究人员用计算机程序分析数据，以确定粒子在气体中留下的轨迹，从而确定了观察到的衰变，即β衰变后释放出3个氦核（α粒子）和1个质子，这是一种每1 200次衰变仅发生一次的罕见事件。

（来源：科技日报）

新型频分复用树形光纤多用户接入架构成果问世

2023 年8 月28 日，《自然-电子》刊发了鹏城实验室电路与系统研究部先进承载网络技术研究所研究员魏金龙与英国伦敦大学学院、香港中文大学（深圳）和英国南安普敦大学等研究人员合作完成的新型频分复用（FDM）树形光纤多用户接入架构成果。

当前，光接入网采用分光树形拓扑网络架构，运用时分复用（TDM）机制来统筹多用户的带宽分配，导致不可预测的通信时延，难以满足自动驾驶和工业控制等对时延和同步严苛要求的新兴应用场景。

针对此问题，研究人员创新性提出了基于光频梳参考光源和锁频技术的新型FDM机制的树形光纤多用户接入架构，可同时满足用户专用带宽、确定性低时延、亚纳秒级时间同步和易扩展的多重需求。

该研究展示了首个基于参考频率实现复用和时间同步的240 Gbps 以上速率相干FDM 光接入系统，4 Gbps以上用户专用速率，确定性收发信号处理时延小于10µs，用户获取的分布式参考时钟抖动小于10 ps。用户采用低成本1 GHz带宽发送器，单个相干接收机同时接收所有用户数据。而目前50 G TDM 光接入需要20 GHz 带宽用户发送器及上行突发模式接收机。

据介绍，该创新成果将为时延敏感和对同步要求较高的通信应用所面临的关键技术挑战提供有效解决方案。

（来源：中国科学报）

纳米螺旋—解旋—再螺旋首次人工实现

记者2023 年9 月6 日从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院强磁场中心与南京大学陆轻铱教授、高峰教授课题组，中国科技大学等单位合作，依托该院稳态强磁场实验装置（SHMFF），发现一种晶体结构中微妙的竞争和协作关系，在螺旋和解旋产物晶体结构之间建立了微妙的能量平衡，首次实现了纳米线与纳米螺旋之间的多重可逆变化。研究成果日前在线发表于《自然·通讯》上。

纳米材料扭转形成螺旋晶体通常比较困难，这种纳米螺旋经解旋后再重新螺旋的可逆变化则更不易实现。

研究人员通过固体核磁共振谱和太赫兹谱，表明π-π 相互作用（两个相邻芳香环之间的一种相互作用）是螺旋生长中的关键作用力，并结合理论计算和各种验证实验，推测出螺旋机制来源于缩合反应和π-π 堆积过程之间的竞争作用，这种独特的竞争生长机制及生长方式的微观可调性，是构建细致可调的能量平衡体系、实现螺旋可逆变化的关键。他们通过针对性的设计改变分子间作用力，精细调控不同方向生长速度，使整体结构保持不变、能量平衡方向定向改变，成功实现了纳米结构的螺旋、解旋和再螺旋。

这项研究提出了一种晶体可逆变化设计的新概念，这种基于调控分子间相互作用促成晶体多重可逆转化的精细调变技术，为晶体学研究带来全新视角，使多重复杂可逆过程的实现成为可能。

（来源：科技日报）

研究首次制造出亚微米厚度的柔性压力传感器

柔性压力传感器是得到关注最多的一类柔性传感器，在生物医学、脑机工程、智能制造等众多领域得到了应用。近日，大连理工大学研究员刘军山团队与李明教授等团队合作，独辟蹊径地提出了一种纳米工程策略，首次制造出了亚微米厚度（0.85 µm）的柔性压力传感器。相关成果发表在2023年33期Small上，并被选为封面文章。

柔性压力传感器通常由上下两层柔性电极层和中间的功能软材料层组成，外界压力会导致功能软材料层产生压缩变形，从而引起传感器输出信号的改变。而这种以功能软材料层压缩变形为主导的传感机理，要求电极层具有相对较大的抗弯刚度，电极层厚度一般要比功能软材料层大1～2个数量级。因此，现有的柔性压力传感器厚度只能在百微米甚至毫米量级，严重影响了传感器的轻质性、变形性和共形性。

团队通过纳米工程策略，将柔性压力传感器的传感机理，由功能软材料层的压缩变形为主导，转变为柔性电极层的弯曲变形为主导，从根本上解除了对于传感器厚度的限制。由于超薄的柔性电极层拥有极强的变形能力，使得传感器具有优异的检测性能。传感器的单位面积重量只有2.8 g∕m2，相当于普通办公打印纸的1∕29，能够承受曲率半径小至8.8µm 的面外超大弯曲变形，并且能够与皮肤表面实现完全共性贴合。另外，传感器的灵敏度为92.11 kPa-1，检出限为0.8 Pa，均处于目前公开报道的最高水平。

纳米工程策略可以成数量级地减小传感器的厚度，从而突破性地提升传感器的轻质性、变形性和共形性，同时还能够使得传感器具有超高的检测性能，为柔性压力传感器的设计和制造提供一种全新的思路。

（来源：中国科学报）