近日，中国科大苏州高等研究院张振教授团队在《Nature Communications》上发表了题为“High-performance solid-state proton gating membranes based on two-dimensional hydrogen-bonded organic framework composites”的研究论文。生物离子通道由于其零电流闭合状态表现出强烈的门控效应。然而，人工纳米通道的门控能力通常不及生物通道，这主要是因为较大的纳米孔无法在关闭状态下完全阻断离子传输。本研究设计并合成了一种固态氢键有机框架基膜，实现了高性能的由环境湿度控制的质子门控。该门控机制并非依赖传统的离子阻断/激活效应而是通过切换质子传输路径来实现。通过密度泛函理论计算表明，框架内由湿度诱导的水桥的可逆形成和破坏，促进了质子传输模式从吸附位点跳跃到Grotthuss机制的转换。之后本研究引入了细菌纤维素，增强了水团簇的脱附和吸附性能，使其实现了高达5740的超高质子门控比，超过了最先进的固态门控装置。在此之外，本研究所开发的膜完全基于固态原理运行，这使其在从环境检测到
近日，我校光学与光学工程系龚雷副教授课题组与新加坡国立大学仇成伟教授开展合作，研制出一种新型光学微操控工具——单光束“三维光学扳手”。这种光学扳手能够利用单个聚焦的激光光束对微粒（如细胞）施加三维可控的光力矩（Optical torque），从而实现微观粒子动态可控的三维旋转操控，极大拓展了光镊技术的操控功能。相关研究成果于2025年1月11日以“Time-varying 3D optical torque via a single beam”为题在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》[Nature Communications 16: 593 (2025)]。图1. 单光束三维光学扳手示意图光镊，又被称为“单光束梯度力阱”，是美国科学家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）于1986年发明的一种激光工具。科学家利用它能够抓取和操纵单个分子、病毒、细胞等微观世界的物体。光镊由此成为人类研究微观世界的重要操控工具，阿什金也因此获得了2018年诺贝尔物理学奖。光镊本质上是利用光的动量传递对微粒施加光力实现三维操控的。光既具有动量也能携带角动量，在与微粒相互作用时光的角动量传递能够产生光扭
超临界流体（Supercritical fluid）是形成于高温-高压环境下，水和硅酸盐熔体完全互溶的一种特殊流体。其具有非常强的元素迁移能力，在地球内部物质循环的很多方面都发挥了巨大作用。然而，如何在处于常温常压状态下的天然样品中识别超临界流体是长期以来的研究难点。近日，中国科学技术大学肖益林教授的研究团队与合作者系统总结了迄今为止相关领域的进展，并进行了进一步的数据分析，提出了识别俯冲带中超临界流体活动的4个方面的标准。相关成果以Natural records of supercritical fluids in subduction zones为题发表在最新一期的地球科学国际知名期刊Earth-Science Reviews上。图1 全球俯冲带多相包裹体记录了不同类型的流体，流体类型与包裹体的形成温压条件和子矿物组合有关该研究首先从相图层面明确了超临界流体的概念，然后从多相包裹体（图1）、特殊的元素迁移、超临界流体的相分离效应和同位素分馏等方面详细阐述了天然样品中超临界流体活动的记录。最后，本研究提出了4个方面的识别超临界流体活动的标准。包括（1）盐类子矿物是富水流体包裹体的识别
随着全球碳中和目标的推进，电动汽车（EV）成为实现清洁能源转型的关键。然而，现有锂离子电池（LIB）因能量密度、充电速度及安全性等问题限制了电动汽车的广泛应用。近日，中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏团队在液流电池领域取得重要突破，为电动汽车储能技术的发展提供了新思路。相关成果以题为“High-Performance Liquid Metal Flow Battery for Ultrafast Charging and Safety Enhancement”的论文发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。谈鹏教授团队设计了一种由镓、铟以及锌组成的液态合金电极（Ga80In10Zn10, wt.%）作为可流动态负极，结合碱性电解质和空气正极，实现了超高能量密度与快速充电性能。理论容量密度高达1004.4 Ahkg-1，且在10 mA cm-2的电流密度下表现出平均容量密度635.1 Ahkg-1的长时间稳定放电（123小时）。图1 室温液态金属基液流电池结构及性能该电池在充电过程中展现出与传统汽油加注相媲美的超快充电能力（5
中国科学技术大学Nikolaos Freris特任教授课题组及其合作者魏熹特任副研究员在软体机器人领域取得重要进展。该团队基于对自然界中多种生物柔性肢体（如象鼻、章鱼触手、海马和变色龙尾巴）形态和运动的系统观察和数学模型抽象，首次提出基于对数螺旋线结构的新型螺旋软体机器人，展示了其在多维度和多场景中执行复杂抓取和操作任务的能力。相关研究成果以“SpiRobs: Logarithmic Spiral-shaped Robots for Versatile Grasping Across Scales”为题发表在Cell Press（细胞出版社）旗下期刊Device上。软体机器人凭借其自身的安全性和灵活性而备受瞩目，是机器人领域的前沿研究课题。然而，现有的软体机器人在灵巧性、运动速度、协作交互等关键性能方面，仍然与自然界生物的柔性肢体间存在较大差距。通过对多种生物的柔性肢体（象鼻、章鱼触手、海马和变色龙尾巴等）的形态学共性进行数学抽象和建模，该研究团队提出了一类具有普适性和可扩展性的软体机器人——螺旋机器人（如图1所示），并系统研究了其设计理论、制备方法和操作策略，在多尺度、多材质、多维度
中国科学技术大学潘建伟、苑震生等与合作者在超冷原子量子模拟实验研究中取得了重要进展，研究团队首次观测到格点规范理论中的禁闭相与非禁闭相转化的微观动力学过程，为理解这一复杂的量子多体现象提供了新的研究手段。相关成果近日发表在国际知名学术期刊《自然·物理学 》（Nature Physics） 上。禁闭（confinement）是一类非常有趣的物理现象，其中夸克禁闭为人们所熟知——虽然夸克是组成物质的基本粒子，但是由于夸克之间强相互作用的存在，人们无法在自然界中观测到单个的夸克，它们总是以多个捆绑在一起形成复合粒子的形式（如中子、质子）被观测到；即便是在高能粒子碰撞机中，人们也几乎无法改变夸克之间的相互作用，粒子碰撞碎片中的夸克瞬间就形成了新的复合粒子。类似地，人们在凝聚态体系中观测到了准粒子成对出现的现象，通过量子调控手段可以改变准粒子间的相互作用，从而使得准粒子受控地处在禁闭或者解禁闭状态。一个物理体系中是否存在禁闭现象以及能否人为调控粒子间相互作用实现禁闭到解禁闭状态之间的转换，牵涉复杂的量子多体效应，理论上一般没有解析方法求解，数值求解也面临各种挑战。近年来，超冷原子量子模拟器的出现
安徽省合肥市高新区5089号（先研院未来中心12楼东北角）
0551-65708036
ustcsee@ustc.edu.cn
Copyright © 2024 中国科学技术大学国家卓越工程师学院 All Rights Reserved | 皖ICP备05002528号
「 网站设计与制作维护：卫来科技 提供 」