科普知識

1 以色列智能道路：讓電動車邊充電邊行駛

目前，電動汽車或借助兩根朝天“長辮”，或通過自帶充電電池供電前行。前者行駛路徑受到限制，后者不僅充電費時，且因電池自重而耗能。針對這兩種電車存在的問題，以色列初創公司伊萊克特瑞昂無線（ElectReon Wireless）開發出獨特的解決方案：鋪設能進行無線充電的智能道路，讓帶有少量電池的汽車在這種道路上邊充電邊行駛。

（1 ）經濟環保，讓電動汽車使用最少電池

電動出行是解決交通二氧化碳和污染排放的最佳方法，但電動汽車本身卻受到電池的限制。他們認為，使用最少電池的電動汽車是環境可持續的解決方案，也是最具成本效益的解決方案，特別是對商用或重型車輛更是如此。

伊萊克特瑞昂無線公司的智能道路包括，將眾多銅質線圈延道路方向水平埋放在道路瀝青路面下方8 cm處，線圈與控制管理單元相連接。線圈的作用是將電能以無線方式傳輸給車輛下方的能量接收器，從而為電池充電提供所需的動力。車輛的大小和能耗決定了接收器的數量。整個系統能夠讓汽車延長行駛里程，并因采取較小容量電池，從而容納更多乘客，提高了運輸效率。

通常一輛公共汽車每天行駛200 km所需的能量為400 kW·h，而他們開發的系統能為行駛在智能無線充電道路上的每輛公共汽車提供至少40%的充電時間，這樣公共汽車所攜帶的充電電池功率只需約40 kW。

（2 ）多次測試，確保項目在實踐中的可行性

首個研究項目，是在瑞典進行的名為古特蘭智能道路的試驗。研究人員對一輛重達40 t的試驗卡車進行全程無線充電，目標是證明其產品可以在世界各地進行商業化推廣和運營。事實上，按照瑞典政府的要求，公司安裝的試驗性基礎設施整個冬季都處在瀝青路面下。他認為，該試驗是非常重要的階段，因為下階段將在瑞典開展長約30 km的、規模更大的半商業性試驗。為獲得瑞典政府的批準，公司必須證實其安裝的基礎設施能夠經受當地冬季的考驗。因此，古特蘭智能道路的試驗項目是一個非常重要的里程碑。

（3 ）著眼未來，無線充電或成電動交通重點

許多國家或地區在未來將發布禁止燃油動力汽車的禁令，此舉可能會讓類似所開發的技術成為電動交通的重點。目前，以色列政府的目標是到2030年，汽油和柴油動力新車數量為零。此外，全球還有其他國家也緊隨其后，宣布了各自的計劃，在未來10年內逐步放棄使用燃油汽車。伊蘭表示，從現在開始，約10年后，自主交通將變得更加普遍，這為他們公司的解決方案與自主駕駛車輛之間提供了非常自然的結合契機，因為這些車輛能在無線充電技術的支持下，依靠少量電池全天候邊充電邊行駛，而無需駕駛員為其充電。

2 新型探針問世 測量原子力有了納米“觸角”

2020年8月，從浙江大學獲悉，該校胡歡研究員團隊聯合美國IBM沃森研究中心以及東華大學彭倚天教授團隊合作發明出一種新型納米球探針技術，可以精準測量納米到微米尺度范圍的界面，填補了該尺度空缺，解決了納米摩擦學領域的重要技術瓶頸。

原子力顯微鏡被用于研究物體接觸時的“力量”，其核心構件探針如同昆蟲的“觸角”，能夠將樣品表面的作用力轉換成微懸臂梁的彎曲，進而通過激光束探測到。其中球形原子力探針在形變、硬度、力學屬性等方面更具優勢。然而傳統球形原子力探針尺寸為1～10 um，在納米尺度的測量存在盲區。與此同時，球形探針通過膠水粘貼，粘貼位置因難以把控而會影響精確度，遇到高溫或液體容易脫落。

高能氦離子束可以聚焦成為直徑在0.5 nm左右的束斑，像一把超級小的刀，能夠將材料在納米尺度任意切割，但在硅材料襯底中注入高能氦離子束會形成隆起。研究組進行了第一個利用氦離子隆起效應制造納米球探針的實驗。通過聚焦離子刻蝕在普通原子力顯微鏡探針上雕刻出一個平臺，在平臺上精準定位后注入高能氦離子束，使得單晶硅隆起，實現了一種穩定可靠的納米球探針技術制造工藝，制成了具有高分辨率、高準確性、耐高溫的球形探針，針尖的直徑可在0.1 ～1 um之間精確調控。

該技術有利于促進納米摩擦學、生物材料的測試和研發，對材料學、摩擦學、生物醫學都會起到很好的推動作用。研究論文刊發于學術期刊《蘭格繆爾》。