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全球首次！中国团队获得深海原位固体可燃冰样品

2023 年9 月29 日，中国工程院院士谢和平团队自主研制的全球首套深海沉积物（可燃冰）保压保温取样/存储装备搭载“奋斗者”号万米载人深潜器完成海试任务。本次海试实现了深海原位压力温度的固体可燃冰样本主动保压保温获取，实现全球零的突破，有望破解可燃冰资源原位勘探开发难题，同时也为深海原位保压保温科研与工程提供了全新的仪器装备。

谢和平领衔的深圳大学、四川大学团队与金石钻探（唐山）有限公司团队，基于国家重大科研仪器研制项目“深部岩石原位保真取心与保真测试分析系统”技术成果，自主拓展研制了全球首套深海沉积物（可燃冰）保压保温取样/存储装备。该装备采用深部原位自触发保压与主动-被动联合保温等技术手段，保持样本在取心、转移全过程温度、压力与深海原位一致，设计保压能力40兆帕、保温范围0～20 ℃。2023 年9 月29 日，依托海南省深海技术创新中心“深海深渊科考与装备海试共享航次”（TS-36-2），经8 小时的深潜作业，研究团队在1 385 米深海成功获得保持14.5 兆帕原位压力、3 ℃原位温度的固体深海沉积物/可燃冰样品，攻克了深海沉积物（可燃冰）保压取样技术难题。

“很荣幸能亲历深潜海底，完成这个历史性时刻。”团队成员陈领表示，“此次海试成功获得了深海原位温度压力的固体可燃冰样本，验证了我们设备的保压保温技术原理与工作能力”。

据悉，谢和平团队长期致力于深部原位保真取心与保真测试技术装备研究。早在2022年9月，团队使用该套保压保温取心实验室原理样机，曾在南海1 370 米水深区域获得保持原位压力13.8 兆帕、温度6.51 ℃的流态可燃冰（二次水合物）样品。

（来源：中国科学报）

强力强度获得迄今最精确测量

据欧洲核子研究中心（CERN）官网2023年9月25 日报道，在一项最新研究中，大型强子对撞机（LHC）上超环面仪器实验（ATLAS）合作组使用弱力的电中性载体——Z 玻色子，以创纪录的精度（不确定度低于1%）确定了强力的强度。相关论文已经提交《自然·物理学》杂志。

粒子物理学标准模型指出，自然界中存在四种基本力：强力、电磁力、弱力和引力，其中将夸克结合成质子、中子和原子核的强力相同作用最强。强力由胶子携带，其强度被称为强耦合常数。尽管经过多年测量和理论发展，科学家们对强耦合常数的认识有所提高，但其值的不确定度仍比其他“同伴”大几个数量级。

分析小组成员、CERN 物理学家斯蒂法诺·卡马尔达指出，强力的强度是标准模型的关键参数，但其精度目前仅为百分之几，而比强力弱15 倍的电磁力的精度达到十亿分之一。

为提升强力强度测量的精确度，ATLAS 合作组研究了LHC上碰撞能量为8太电子伏特（TeV）的质子-质子碰撞产生的Z玻色子。当相互碰撞的质子中的两个夸克湮灭时，通常会产生Z 玻色子。在此过程中，强力通过从湮灭夸克上辐射出的胶子而发挥作用。这种辐射会赋予Z 玻色子一个横向动量，其大小取决于强耦合常数。精确测量Z 玻色子横向动量的分布，并与理论值进行比较，可以确定强耦合常数。

在最新分析中，研究团队据此精确测定Z 玻色子质量尺度下强耦合常数为0.118 3±0.000 9，该结果的相对不确定度仅为0.8%，是迄今单次实验对强力强度最精确的测量。

研究团队指出，对强耦合常数进行更精确测量具有重要意义。首先，可提升与强力有关的粒子过程的理论计算精度；其次，有助于解决一些重要的未解之谜。例如，在极高能量下，所有基本力是否强度相同，并由此推断它们是否拥有潜在的共同来源，以及是否会有未知的相互作用能在某些过程或特定能量下改变强力等。

（来源：科技日报）

高效量子引擎开发或将推动量子革命

科技日报2023 年9 月27 日报道，日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）、德国凯泽斯劳滕大学和斯图加特大学的科学家团队合作，利用量子力学原理设计并制造出一种引擎。这是根据粒子在极小尺度上遵守的特殊规则开发的引擎，它不依赖于传统的燃料燃烧方式。相关论文2023 年9 月27 日发表在《自然》杂志上。

自然界中的所有粒子都可根据其特殊的量子特性分为玻色子或费米子。在非常低的温度下，量子效应变得非常重要，玻色子的能态比费米子低，这种能量差可用来为发动机提供动力。量子引擎不像传统引擎那样周期性地加热和冷却气体，而是通过将玻色子转换为费米子然后再转换回来的方式工作。

OIST 量子系统部门负责人托马斯·布施教授解释说，要把费米子变成玻色子，可拿出两个费米子，然后把它们组合成一个分子。这种新分子是玻色子，打破它可再次得到费米子。通过这样的周期性操作，他们可在不使用热量的情况下为引擎提供动力。

虽然这种类型的引擎只在量子状态下工作，但研究团队发现其效率相当高，在实验装置中可达到25%。

这一新引擎是量子力学领域一项令人兴奋的发展，并有可能在新兴的量子技术领域取得进一步进展。但研究人员表示，尽管这些系统非常高效，目前的研究还只是做了概念验证，在制造有实用性的量子引擎方面，仍存在许多挑战。例如，如果温度太高，热可能会破坏量子效应，因此研究人员必须使系统尽可能地保持低温。这需要在低温下用大量的能量进行实验，以保护敏感的量子态。

（来源：科技日报）

科学家利用玻璃造出飞秒激光器

科技日报2023 年9 月27 日报道，商业飞秒激光器是通过将光学元件及其安装座放置在基板上制造的，这需要对光学器件进行严格对准。那么，是否有可能完全用玻璃制造飞秒激光器？据最新一期《光学》杂志报道，瑞士洛桑联邦理工学院的科学家成功做到了这一点，其激光器大小不超过信用卡，且更容易对准。

研究人员表示，由于玻璃的热膨胀比传统基板低，是一种稳定的材料，因此他们选择玻璃作为衬底，并使用商用飞秒激光器在玻璃上蚀刻出特殊的凹槽，以便精确放置激光器的基本组件。即使在微米级的精密制造中，凹槽和部件本身也不够精确，无法达到激光质量的对准。换句话说，反射镜还没有完全对准，因此在这个阶段，他们的玻璃装置还不能作为激光器使用。

于是，研究人员进一步设计蚀刻，使一个镜子位于一个带有微机械弯曲的凹槽中，凹槽在飞秒激光照射时局部可扭动镜子。通过这种方式对准镜子后，他们最终创造出稳定的、小规模的飞秒激光器。

尽管尺寸很小，但该激光器的峰值功率约为1千瓦，发射脉冲的时间不到200 飞秒，这个时间短到光都无法穿过人类的头发。

这种通过激光与物质相互作用来永久对准自由空间光学元件的方法可扩展到各种光学电路，具有低至亚纳米级的极端对准分辨率。

（来源：科技日报）

我国科研团队实现全被动量子密钥分发

记者2023 年9 月26 日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队韩正甫、王双等与合作者提出了一种无需主动调制的新型量子密钥分发实现方案并完成了实验验证，为实现高现实安全的量子密钥分发系统提供了新思路。该成果于2023 年9 月13日发表在国际学术期刊《物理学评论快报》上。

量子密钥分发理论上可以实现无条件安全的密钥共享，但器件特性、调制精度、环境干扰等因素有可能造成系统的现实安全性问题。例如，郭光灿团队发现，系统中广泛使用的铌酸锂主动调制器件，可能会受到光折变等侧信道攻击而泄露信息。

为彻底解决主动调制带来的隐患，郭光灿研究团队与合作者另辟蹊径，设计了无需主动调制的量子密钥分发系统。该系统方案克服了此前无法同时实现“被动”光强调制和量子态编码的矛盾，并给出了考虑“有限长效应”的严格安全密钥率。团队通过全被动时间戳—相位编码解决信道环境干扰的难题，同时通过优化后选择策略解决数据吞吐量过大的难题，最终完成了无需任何主动调制的量子密钥分发系统，验证了全被动量子密钥分发的安全性与可行性。

该研究成果为实现高现实安全的量子密钥分发系统提供了全新思路，对推动该领域的实用化和标准化具有重要意义。

（来源：科技日报）

国内最大跨度跨海桥梁完成主塔承台

2023 年9 月25 日，记者从中国铁建获悉，国内最大跨度跨海桥梁——宁波舟山港六横公路大桥二期工程双屿门特大桥完成主塔承台，标志着大桥正式进入地上主塔承台施工阶段。

双屿门特大桥是我国最大跨度跨海桥梁，也是世界最大跨度单跨吊钢箱梁悬索桥，一举将中国跨海桥梁主跨最大跨度刷新至1 768米。

双屿门特大桥地处象山港口外舟山南部海域，属于典型的海洋环境，结构耐久性要求高，桥址区风大浪高，水深流急，船舶通行密集，年有效作业时间仅9 个多月，也是世界上抗风难度最大的桥梁之一。千米级主跨，基础建设尤为重要，承台作为桥梁主塔施工的关键性结构，更是建设的重中之重。

据中国铁建大桥局六横公路大桥二工区项目负责人沙仁明介绍，本次浇筑的承台设计混凝土方量1 592立方米，所处地层岩石强度高，最大抗压强度超过180 兆帕，项目技术团队在主塔承台建设中攻克了多项难关。

项目现场配置大型旋挖钻机，同时受场地狭小、作业面冲突的限制，施工采用跳孔钻进、分级扩孔成孔等方式，大大提高了成孔质量和效率。

海洋工程大体积混凝土水化热问题是主塔承台浇筑施工的重难点。为符合大体积混凝土的耐久性、抗渗和控裂标准，施工采用在混凝土中加装喷淋装置和智能温控技术，用测温元件监测承台混凝土内部实时温度，通过承台内布设冷却循环水管，及时实现制冷水和加冰降温，确保混凝土施工质量。

为满足桥梁结构和施工临时结构耐久性的要求，解决海洋环境下腐蚀情况严重的问题，建设者对大桥承台及塔座内的钢筋全部采用了环氧涂层钢筋，极大地增强了耐腐性和耐候性。

双屿门特大桥是宁波舟山港六横公路大桥二期工程的重要工程，建成之后将促进实施国家海洋经济发展战略和国家级新区建设，进一步改善舟山南翼群岛的对外交通条件，对优化舟山群岛新区的空间布局，打造现代海洋产业基地，实现六横岛、佛渡岛、梅山岛三岛港区、产业等联动发展具有重要意义。

（来源：科技日报）

我国科研人员破解电解制氢高能耗难题

记者2023 年9 月24 日从湖南长沙湘江新区获悉，紫金矿业新能源新材料科技（长沙）有限公司刘瑛博士团队联合华南理工大学陈宇教授团队，研发了一种含铯元素的新材料，该材料可使固体氧化物电解水制氢的产氢速率较传统电解水制氢得到较大提升，有望为高效低能耗制氢提供新路径。这一成果于2023 年9 月13 日在线发布在《美国化学学会能源快报》上。

我国目前多采用化石能源制氢，电解水制氢因电能消耗高、制氢成本高等，使用占比仅为1%。降低电解水制氢成本，是实现能源零碳转型的关键。

刘瑛介绍，铷、铯具有很强的化学活性和优异的光电特性，有望应用于电解水制氢。项目团队经反复比对，合成了一种铯掺杂新电极材料，其表现出极高的电化学反应活性，使得电解过程在中低温环境下运行成为可能，极大提高了电解制氢的电化学性能和稳定性。

“传统电解制氢技术采用的碱性和质子膜电解池，普遍的电流密度为0.5～1.5 安培/平方厘米。此次试验成果将电流密度提升至2.85 安培/平方厘米，有望显著降低电解池材料的消耗和生产成本，延长使用寿命，为加快氢能高效制取提供极大助力。”刘瑛说。后续，团队还将研究铷元素在电解水制氢中的试验情况，以及铷、铯在钙钛矿太阳能电池中的应用情况。

（来源：科技日报）

我国科学家利用“微球”实现废水中回收有机染料

人民网2023 年9 月21 日报道，近日，中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室的研究人员提出了一种全新的表面异质纳米结构化颗粒全分散策略，制备了全分散的亲水-疏水异质微球，这些微球在一系列溶剂（水、乙醇、辛烷等）中展示出全分散的优异性能，并实现了从废水中回收有机染料。研究成果于2023 年9 月18 日发表在《自然·通讯》杂志上。

据了解，有机染料是一种常用的色彩添加剂，被广泛应用于工业、科研和日常生活的方方面面。染料让我们的服饰、食品、日用品绚丽多彩；染料在显微镜下发光实现成像，帮助我们揭示微观世界的奥秘。有数据表明，全球有机染料的产量达到70万吨/年，其中近10%～15%被排放到工业和家庭废水中，已成为水污染的重要源头，对生态环境和公众健康构成威胁。

现有染料废水的处理方法，如混凝-絮凝法、生物降解法，可以去除废水中大部分有机染料，然而这些方法依然面临染料去除不彻底、适用染料种类有限、产生的淤泥容易造成二次污染等问题。近年来，随着纳米技术、材料科技的迅猛发展，涌现出一些新兴的材料与染料废水处理技术，包括催化氧化、纳滤和多孔颗粒吸附。催化剂、膜和吸附材料在完成染料废水处理后可重复使用，然而染料的回收很少被重视。究其原因，在有机染料脱附过程中，通常在水溶液中加入含有无机酸、碱或盐的洗脱液，使有机染料的回收过程更加复杂。

近年来，王树涛研究员团队提出了乳液界面聚合合成异质结构微球的新方法，并在其高效分离应用上取得了一系列创新性成果。发展了多种乳液界面聚合合成方法，制备了一系列具有不同尺寸、化学组成、孔隙、表面纳米结构的异质微球，实现了复杂生物流体中痕量糖肽的分离、相近尺寸蛋白的分离、病毒核酸分离、癌症病人外周血中痕量循环肿瘤细胞的分离、水中痕量微油滴的分离等，构筑了色谱柱、微分离柱、微流控、纸色谱等分离器件。基于这些研究成果，受邀撰写了综述文章。

亲水-疏水异质微球表面具有交替的亲水、疏水成分，这种结构既有利于高极性溶剂（水）的铺展，又有利于中等极性溶剂（乙醇等有机溶剂）、低极性溶剂（辛烷等油性有机溶剂）的铺展。此外，在亲水区，很容易引入带电基团，这些基团能为颗粒间提供静电排斥作用，从而在不同溶剂中实现良好的分散。利用这种独特的全分散性，该团队发展了一种从含有机染料的废水中分离回收染料的策略。染料在水中被吸附到微球上，通过过滤得到净化的水与吸附了染料的微球，再将这些微球分散到有机溶剂中实现染料的脱附，通过过滤得到溶解了染料的有机溶剂，染料通过蒸馏被回收，同时微球被循环利用。

亲水-疏水异质微球为有机染料的回收提供了一类很有前景的材料。回收有机染料的过程中，只需加入有机溶剂，无需加入含有无机酸、碱或盐的洗脱液。有机溶剂很容易通过简单的蒸馏从染料中去除，避免了去除无机酸、碱和盐的复杂步骤。这类材料在环境污染物处理、资源回收利用、海洋资源富集提取、生物分子检测等复杂样品的分离分析领域具有广泛的应用前景。

论文通讯作者、中国科学院理化技术研究所研究员王树涛说，这么多年来团队一直尝试利用界面化学设计来解决分离技术中“根材料”创制的难题，终于在分离微球材料上取得了突破。

（来源：人民网）