通過自下而上的設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)幾何可重構(gòu)三維細(xì)觀結(jié)構(gòu)與電磁器件

通過自下而上的設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)幾何可重構(gòu)三維細(xì)觀結(jié)構(gòu)與電磁器件

清華大學(xué)航院張一慧教授團(tuán)隊(duì)與合作者在多穩(wěn)態(tài)三維微結(jié)構(gòu)與可重構(gòu)電磁器件方面取得進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于Science Advances。可重構(gòu)功能器件由于可以在不同的工作狀態(tài)間迅速切換而愈發(fā)受到研究者們的關(guān)注，目前已經(jīng)在信號傳輸、能量收集、生物信息采集等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。論文提出了一套通過矢量調(diào)控屈曲組裝實(shí)現(xiàn)幾何可重構(gòu)三維結(jié)構(gòu)的策略，該策略基于屈曲組裝中可重構(gòu)力學(xué)機(jī)理的深入研究，實(shí)現(xiàn)了從簡單單胞到復(fù)雜結(jié)構(gòu)自下而上的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，也實(shí)現(xiàn)了具備離散-連續(xù)雙重調(diào)控能力的可重構(gòu)電子器件，同時適用于廣泛的高性能材料和較寬的特征尺度范圍，因此在多種復(fù)雜應(yīng)用場景下具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

空化流動數(shù)值模擬方法研究

中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)在空化流動數(shù)值模擬方法研究中取得進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于International Journal of Multiphase Flow。空化是水下高速航行體和高速推進(jìn)技術(shù)面臨的主要問題。研究人員建立了兩個模型：首先，通過引入氣泡數(shù)密度來表征空化區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并建立氣泡數(shù)密度的輸運(yùn)方程來模擬云狀空化內(nèi)部演化。其次，通過量綱分析和空泡群的直接模擬建立了基于空泡群的空化模型。這樣就形成了一個宏觀-細(xì)觀耦合的計(jì)算方法。并利用該方法對云狀空化的形成機(jī)制與潰滅壓力特征進(jìn)行了分析。利用該模型，研究人員對云狀空化流動的機(jī)理有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，同時研究了細(xì)觀結(jié)構(gòu)對潰滅的影響機(jī)制。

助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將大棚布研制成發(fā)電機(jī)

浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院IBE團(tuán)隊(duì)平建峰研究員課題組提出了一種簡便有效的方法，從農(nóng)業(yè)環(huán)境中挖掘自然能源并將其高效轉(zhuǎn)化為電能。將摩擦納米發(fā)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)用紡織品中，并用于降雨時雨水能的收集，通過能量轉(zhuǎn)化獲取電能。相關(guān)論文發(fā)表于Nano Energy。該聚合物能夠防水并與環(huán)境中的雨水發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。而碳化鈦感應(yīng)電極，不僅具有高導(dǎo)電性能，還因其高電負(fù)性可以助力表面聚合物搶奪電子。因此在實(shí)現(xiàn)農(nóng)用紡織品原有的農(nóng)用保護(hù)材料保溫、遮陽、水土保持、排水灌溉、種子培育基材的功能基礎(chǔ)上，還能從農(nóng)業(yè)環(huán)境中源源不斷地獲取能源，為智慧農(nóng)業(yè)提供驅(qū)動力。

高性能微流體柔性應(yīng)變傳感器

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所微創(chuàng)中心研究員王磊、副研究員李暉團(tuán)隊(duì)，在利用波浪形微通道設(shè)計(jì)改善基于液態(tài)金屬的柔性應(yīng)變傳感器遲滯性、響應(yīng)時間和靈敏度方面的研究取得新進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。該柔性應(yīng)變傳感器可承受高達(dá)320%的應(yīng)變且能夠正常工作，波浪形結(jié)構(gòu)能夠有效抑制微通道的粘彈性，遲滯性從6.79%提高到1.02%。此外，通過延長波浪形微通道長度，同時傳感器的靈敏度（GF=4.91）和分辨率得到提高，能夠檢測到低至0.09%的極微小應(yīng)變變化，響應(yīng)時間低至116ms。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該柔性應(yīng)變傳感器能夠被用于人體和機(jī)器人的運(yùn)動監(jiān)測。

多倍頻高性能摩擦納米發(fā)電機(jī)

浙江大學(xué)海洋學(xué)院海洋電子與智能系統(tǒng)研究所納米能源研究團(tuán)隊(duì)徐志偉等，利用生活中常見的氣球制作成了可用于收集波浪能的多倍頻高性能摩擦納米發(fā)電機(jī)。相關(guān)論文發(fā)表于Advanced Energy Materials。研究團(tuán)隊(duì)制備了一種基于水氣球（WB-TENG）的多倍頻高性能摩擦納米發(fā)電機(jī)用于波浪能收集。所提出的WB-TENG由一個方形盒和一個水氣球兩部分構(gòu)成。方形盒內(nèi)壁上覆蓋一層導(dǎo)電銅箔，再在導(dǎo)電銅箔表面粘貼一層尼龍薄膜。將導(dǎo)線放到氣球中，然后向氣球中注入氯化鈉水溶液，最后通過打結(jié)的方式進(jìn)行密封。WB-TENG除了作為發(fā)電器件，還可以作為傳感器件反應(yīng)波浪的振動情況。

隨機(jī)相位散射光的相干性與渦旋動力學(xué)研究

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室與普林斯頓大學(xué)電子工程系合作，對具有不同相干長度隨機(jī)相位光束經(jīng)非線性傳播后所形成的散斑場的統(tǒng)計(jì)性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量，觀察到隨著自由光渦旋的產(chǎn)生，散斑場的自關(guān)聯(lián)函數(shù)從冪律衰減退化為指數(shù)衰減。相關(guān)論文發(fā)表于Nature Photonics。論文以光子學(xué)系統(tǒng)對凝聚態(tài)物理中的Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相變理論進(jìn)行了量化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，印證了非線性光學(xué)與凝聚態(tài)物理、冷原子物理等多個學(xué)科之間有著某些共同的理論基礎(chǔ)，揭示了隨機(jī)光場的相關(guān)性與渦旋動力學(xué)之間深刻而復(fù)雜的聯(lián)系，為探索非平衡態(tài)下的相干-渦旋動力學(xué)提供了新基點(diǎn)。

多尺度共形褶皺功能表面研究

上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院張文明教授團(tuán)隊(duì)開展多尺度共形褶皺功能表面研究。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Functional Materials。褶皺結(jié)構(gòu)在自然界與人造系統(tǒng)中廣泛存在，如人體皮膚褶皺、氣道黏膜、手指指紋、干枯水果表皮、地質(zhì)巖層與褶皺連衣裙等。論文提出了一種單層石墨烯后固化轉(zhuǎn)移方法，構(gòu)筑了無分層式多尺度石墨烯共形褶皺功能表面，闡明了高溫后固化工藝引入梯度界面層的化學(xué)成因，揭示了界面黏合強(qiáng)度增強(qiáng)效應(yīng)的力學(xué)機(jī)理，有效解決了多層硬膜-軟基系統(tǒng)中的分層失效難題。這種石墨烯表面具有優(yōu)異的光學(xué)衍射性能與表面浸潤性，在智能表面器件等應(yīng)用方面有著潛在的價值。

大幀數(shù)高幀率的超表面動態(tài)全息顯示新方法

武漢光電國家研究中心熊偉教授、夏金松教授及新加坡國立大學(xué)洪明輝教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種新穎的超表面動態(tài)全息顯示方法，將高速動態(tài)光調(diào)制器件與靜態(tài)超表面器件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可見光波段每秒萬幀的高幀率及海量的動態(tài)顯示幀數(shù)。相關(guān)論文發(fā)表于Science Advances。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于數(shù)字微鏡器件（DMD）的高速高精度結(jié)構(gòu)光場調(diào)制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以將DMD微鏡陣列調(diào)制的結(jié)構(gòu)光束進(jìn)行縮束，并精確投影到超表面不同空間信道對應(yīng)的位置，從而實(shí)現(xiàn)每個空間信道的獨(dú)立開啟與關(guān)閉。DMD器件可以實(shí)現(xiàn)每秒萬幀的光場調(diào)制速度，利用這種方式實(shí)現(xiàn)了大幀數(shù)、高幀率的超表面動態(tài)全息顯示。