上海交大基于相對論激光等離子體的強太赫茲輻射源研究獲突破

◎ 本刊記者 周 燁

上海交大基于相對論激光等離子體的強太赫茲輻射源研究獲突破

◎ 本刊記者 周 燁

太赫茲(THz)輻射位于中紅外和微波輻射之間，由于其單光子能量低和譜“指紋性”等獨特優勢，在材料科學、生物醫療和國防安全等領域具有重要應用。然而大能量太赫茲輻射源的缺乏是限制太赫茲科學發展的關鍵瓶頸問題之一。

上海交通大學張杰院士研究團隊基于相對論激光等離子體的強太赫茲輻射源研究獲重要進展。該團隊廖國前、遠曉輝等人利用200TW激光裝置，將研究范圍拓展到在固體靶后的太赫茲輻射產生。在相對論飛秒激光與固體薄膜靶作用中，在靶后產生了單發能量近400微焦的太赫茲脈沖，這已與大型加速器產生的太赫茲脈沖能量相當。太赫茲輻射產生的物理圖像為：相對論激光與等離子體相互作用產生了大量前向超熱電子，這些電子從靶后表面逃逸到真空中時，會激發渡越輻射。由于電子束的脈沖時長為幾十飛秒到皮秒量級，所以相干輻射波長在太赫茲波段。實驗還發現，離子束與太赫茲輻射呈現非同步的變化規律，表明太赫茲輻射與離子加速的產生機制并不一樣，這與目前國際主流的認識不同。該團隊提出的產生機制和實驗演示不僅為實現小型化、大能量、寬譜太赫茲輻射源開辟了新途徑，而且有望發展成為一種在線診斷激光等離子體相互作用的新方法。相關研究成果日前發表在國際知名刊物《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

納米線電穿孔技術用于水處理消毒領域

清華大學環境學院胡洪營研究團隊近期在水處理消毒技術領域研究取得重要進展。該研究發展了一種基于新型納米線電穿孔消毒技術，利用納米線的空間尺度效應，在較低外接電壓下于納米線尖端附近產生強電場對細菌進行電穿孔殺滅。研究者將納米線負載于三維電極上以提升細菌與納米線尖端強電場接觸概率，進一步提升消毒效率，最終該技術在外接電壓1 V，接觸時間7 s時，實現水中細菌全部殺滅。此消毒過程無副產物生成，同時消毒之后無細菌復活現象發生。該技術可為偏遠地區或貧窮地區居民提供可靠的安全飲用水消毒保障。相關研究成果發表在最新一期環境科學頂級刊物《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。

隨著可穿戴設備發展迅速增長，可穿戴傳感技術的研究也日益深入。可穿戴柔性力學傳感器可與衣物集成或直接接觸人體，能夠對肢體運動、心跳等多種生理活動實時監測。傳統的電阻式和電容式傳感器，由于沒有類似于非對稱結構等的特殊設計，不易檢測出不同方向的力學變形的，不利于復雜多維運動的監測。傳感器對外部電源的需求也影響了可穿戴系統的簡單性和集成性。此外，實現包括大范圍肢體運動和微弱生理信號在內的多尺度監測，仍是目前可穿戴傳感研究面臨的重要挑戰。

離子型傳感：可穿戴無源力學傳感器實現對多尺度生理活動的監測

英國科學家開發出新型生物墨水用于3D打印軟骨組織

近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所陳韋研究團隊發展了基于離子壓電效應的可穿戴離子型無源力學傳感器，實現了對于人體多尺度多維活動的實時監測。離子型傳感器是由離子聚合物和導電電極構筑而成的三明治結構，其中以貴金屬材料或者石墨烯材料作為電極材料，以離子液體作為電解質。與電阻式以及電容式傳感器相比，該離子型傳感器無需外部電源，并且可以對力學變形的方向進行識別。以貴金屬作為電極時，傳感器在1.8%的彎曲應變下能產生1.3 mV的電壓輸出，而當采用大比表面積的石墨烯復合材料作為電極后，傳感器的輸出電壓得到了大幅度的提高。通過真空氣相沉積技術進行封裝后，能有效實現傳感器在空氣中的長時間穩定性，為傳感器的進一步實際應用打下基礎。

英國布里斯托大學研究者開發出一種新型生物墨水，該新型生物墨水包含兩種不同的聚合物成分：從海藻中提取的天然高分子材料和可用于醫療行業的損耗型合成聚合物。其中合成聚合物可以在溫度升高時將生物墨水從液體轉化成固體，而海藻提取物則在引入細胞營養素時為其提供結構支持。該研究團隊目前已能將干細胞分化為軟骨細胞和成骨細胞，可以在5周內開發出3D打印組織結構，包括一個全尺寸的氣管軟骨環。相關成果作為封面文章刊登于Advanced Healthcare Materials。該墨水有望通過3D打印制備出可作為手術植入物的復雜組織，患者可使用自身干細胞進行3D打印骨骼或軟骨，可用于膝關節和髖關節手術。