石英晶体控制仪

QSense® High Pressure高压石英晶体微天平专业研究高压条件下油岩界面的相互作用，可以实时了解真实高压条件下，石油组分、驱油添加剂和其他相关化学物质之间的界面相互作用，为您的研究提供了一整套的解决方案。即使是微小的改变，也能对您的工作产生极大的影响，而将您的决定建立在分析科学的基础上，则会增加成功的机会。借助QSense® High Pressure高压模块，我们希望能充分激发您的想象力，通过实验测试、分析讨论和方法优化以得到更好的结果。QSense® High Pressure高压石英晶体微天平是一款可模拟现实高压反应条件的石英晶体微天平分析设备。压力设置高至200Bar,温度设置高至150℃。您也可以对仪器参数进行个性化定制，以满足特定的实验需求。高压石英晶体微天平由高温样品台、高压流动池、高压泵、液体处理单元和电子单元组成 QSense® High Pressure高压石英晶体微天平——专家之选您比我们更了解您的研究领域。然而，无论是努力提高石油产量，防止管道的污染，还是为发动机寻找适合的润滑添加剂，充分地了解反应过程都极具价值。通过提高对油岩界面相互作用的理解，您或许能在未来做出更明智的决定。QSense® High Pressure高压石英晶体微天平——强有力的研究工具QCM-D是耗散型石英晶体微天平的简称。该技术可记录石英晶体芯片的振荡频率和耗散的变化，为在纳米尺度上研究分子与表面的相互作用提供了新的视角。使用QSense® 耗散型石英晶体微天平分析仪，您可以实时跟踪表面上发生的质量、厚度和结构物理特性等变化。QSense® 检测得到的质量吸附/脱附量以及反应速率 模拟现实高压反应条件不同的反应条件下进行的测试可能得到完全不同的结果，而这就是我们开发QSense® 高压石英晶体微天平的驱动力。我们可提供芯片表面定制，以满足您的不同实验需求。基于QCM-D的检测结果，您可实时根据界面反应得出结论，并对反应流程进行优化。1. 在高压和高温的条件下进行QCM-D实验2. 根据您的特定需求选择芯片的材质和涂层3. 使用不同的有机溶剂和样品，筛选实验方案选择QSense® High Pressure高压石英晶体微天平的三个理由:1. 基于对结果至关重要的表面相互作用过程信息做出更明智的决定2. 从表面材料、化学反应、压力和温度等方面模拟真实的反应条件3. 为您的实验室装备一套高灵敏度的科学分析工具QSense® High Pressure高压石英晶体微天平的典型应用领域：石油开采从地下油藏或沥青砂中提取石油需要仔细考虑工艺条件。通过运用科学的分析可找到优化的方法。提高原油采收率聚合物和表面活性剂的使用可以改变注入水的粘度和岩石的润湿性，从而更好地溶解矿物中的石油。测量矿物芯片表面上聚合物或表面活性剂的吸附和释放的原油，可以优化采收液组成并提高原油采收率。使用较少的表面活性剂可以提供更环保的解决方案并降低成本。沥青提取从油砂中提取沥青非常困难。可以使用涂有沥青的二氧化硅芯片模拟油砂并对沥青的释放过程进行分析。通过研究沥青的脱附情况，找出优化的pH和温度条件，进而尽可能地提高采收率。管道流动保障管道污染和堵塞是一个代价高昂的问题。通常通过添加化学物质对管道流动进行保障。防止污垢沉积检测污垢形成的过程，寻找方法或添加剂以减少污垢沉积。使用碳钢芯片模拟管道表面，研究不同条件下原油/沥青质的吸附和释放，进而找出优化的化学成分、表面材料、压力和温度。燃料和润滑油润滑油被广泛用于控制摩擦和增加运动部件的使用寿命。润滑油溶液由各种具有表面活性的化学物质组成。优化发动机润滑油了解表面活性化学物质的吸附性质是找到平衡润滑剂的关键。利用不锈钢芯片研究燃料和润滑油添加剂对发动机性能的影响。实时观察吸附情况，寻找化学物质间的微妙平衡，从而优化润滑油的性能。QSense® High Pressure高压石英晶体微天平的技术参数：芯片和样品处理系统工作温度a4 – 150 °C, 由软件控制，精度为 ± 0.02 °C工作压力90 – 200 bar (与交替蠕动泵联用，也可在常压下工作)芯片数量1芯片表面超过50种标准材料，包括金属、氧化物、碳化物和聚合物例如：金、二氧化硅、不锈钢SS2343 & SS2348、氧化铁、高岭石等其他材料如钢和矿物，可根据客户要求定制测量特性时间分辨率，1个频率 100 个数据点/秒液相质量灵敏度b电子单元参数电源和频率100 / 115-120 / 220 / 230-240 V AC, 50-60 Hz电源应正确接地软件和电脑要求数据采集软件 (QSoft)USB 2.0, Windows XP 或更高版本数据分析软件(QSense Dfind)操作系统：64位Windows 7 SP1, 8, 8.1, 10或更高版本显示器分辨率： 1366×768像素内存：4 GB数据输入/输出格式Excel, BMP, JPG, WMF, GIF, PCX, PNG, TXT尺寸和重量高 (cm)宽 (cm)长 (cm)重量 (kg)电子单元1836219样品池89112高压阀门和控制面板685050ca 30HPLC 泵14264210 a 温度的稳定性取决于环境变化对样品池升温或冷却的影响。如果附近有气流或热源使室温变化超过±1℃，则可能无法达到系统设定的温度稳定性。b 通过标准的QSense® 流动模块采集数据 (单频模式下每5秒采集一个数据点，假定Sauerbrey关系是有效的)。当QSense® 高压系统芯片背面存在液体时，灵敏度会降低。以上技术参数仅对此配置有效。所有技术指标如有更改，恕不另行通知。创新点：1. 市面上所有其他类似产品均无法实现压力控制和高温控制。 2. 高温高压测试是石油工业真是生产场景模拟的必不可少的条件，此产品第一次实现了此情景的界面实时跟踪表征。 QSense High Pressure 高压石英晶体微天平

由华南理工大学 张广照教授和中国科学技术大学刘光明教授合著的“石英晶体微天平-原理与应用”一书，近日由科学出版社出版。该书从石英晶体微天平的原理入手，深入浅出，详细介绍了使用石英晶体微天平在界面接枝高分子构象行为、高分子表面接枝动力学、聚电解质多层膜、磷脂膜、抗蛋白吸附以及纳米气泡表面清洁技术中的应用。本书在介绍石英晶体微天平基本原理的基础上，重点向读者展示了如何利用石英晶体微天平作为一项表征技术去研究界面上的一些重要科学成果。为了便于回答有关疑问，本书的应用例子均选自作者实验室的研究成果。

AWS X1石英晶体微天平基于声波传感原理，可通过石英传感器频率和耗散变化来检测芯片表面质量和结构变化。适用于刚性和粘弹性薄膜，具有倍频操作模式，可给出薄膜的粘度，弹性模量，粘性模量，厚度等信息。测试频率高达160MHz，灵敏度可达8pg/cm2。应用领域腐蚀研究 锂离子电池评价电镀研究，沉积层厚度测试气体检测、成分分析，环境监测表面涂层研究纳米粒子吸脱附离子和溶剂的传输表面活性剂去污能力评价创新点：1.AWS样品池采用专利的Q-Lock设计 2.通过AWS Suite® 一个软件可控制两台仪器，同步采集电化学和QCM信号，完美实现电化学与QCM的联用。 3.AWS X1系统可兼容标准QCM芯片、高频QCM芯片和叉指传感器芯片。 4.适用于刚性和粘弹性薄膜，具有倍频操作模式 5.模块化设计，可升级温度模块/液体控制单元 AWS耗散型石英晶体微天平

2021年，《高分子学报》邀请到国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读。期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来。高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！ 原文链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20248《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304 石英晶体微天平在高分子研究中的应用袁海洋 1 ,马春风 2 ,刘光明 1 , 张广照 2 , , 1.中国科学技术大学化学物理系 合肥微尺度物质科学国家研究中心 安徽省教育厅表界面化学与能源催化重点实验室　合肥 2300262.华南理工大学材料科学与工程学院　广州 510640作者简介: 刘光明，男，1979年生. 2002年于安徽师范大学获得学士学位，2007年于中国科学技术大学获得博士学位. 2005~2006年，香港科技大学，研究助理；2008~2010年，澳大利亚国立大学，博士后；2010~2011年，中国科学技术大学，特任副教授；2011~2016年，中国科学技术大学，副教授；2016年至今，中国科学技术大学，教授. 获得2011年度中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)(二等奖)，2013年入选中国科学院青年创新促进会，并于2017年入选为中国科学院青年创新促进会优秀会员. 近年来的研究兴趣主要集中于高分子的离子效应方面 张广照，男，1966年生. 华南理工大学高分子科学与工程系教授. 1987年本科毕业于四川大学高分子材料系，1998年在复旦大学获博士学位. 先后在香港中文大学(1999~2001年)和美国麻省大学(2001~2002年)从事博士后研究. 2002~2010年任中国科学技术大学教授，2010至今在华南理工大学工作. 曾获国家杰出青年基金获得者(2007年)，先后担任科技部重大研究计划项目首席科学家(2012年)，国际海洋材料保护研究常设委员会(COIPM)委员(2017年)，中国材料研究学会高分子材料与工程分会副主任，广东省化学会高分子化学专业委员会主任，《Macromolecules》(2012~2014年)、《ACS Macro Letters》(2012~2014年)、《Macromolecular Chemistry and Physics》、《Chinese Joural of Polymer Science》、《高分子材料科学与工程》编委或顾问编委. 研究方向为高分子溶液与界面物理化学，在大分子构象与相互作用、高分子表征方法学、杂化共聚反应、海洋防污材料方面做出了原创性工作 通讯作者: 刘光明, E-mail: gml@ustc.edu.cn 张广照, E-mail: msgzzhang@scut.edu.cn 摘要: 石英晶体微天平(QCM)作为一种强有力的表征工具已被广泛应用于高分子研究之中. 本文中，作者介绍了QCM的发展简史、基本原理以及实验样品制备方法. 在此基础上，介绍了如何基于带有耗散测量功能的石英晶体微天平(QCM-D)及相关联用技术研究界面接枝高分子构象行为、高分子的离子效应以及高分子海洋防污材料，展示了QCM-D技术在高分子研究中的广阔应用前景. QCM-D可同时检测界面高分子薄膜的质量变化和刚性变化，从而反映其结构变化. 与光谱型椭偏仪联用后，还可同步获取界面高分子薄膜的厚度变化等信息，可以有效解决相关高分子研究中的问题. 希望本文能够对如何利用QCM-D技术开展高分子研究起到一定的启示作用，使这一表征技术能够为高分子研究解决更多问题.关键词: 石英晶体微天平 / 高分子刷 / 聚电解质 / 离子效应 / 海洋防污材料 目录1. 发展简史2. 石英晶体微天平基本原理3. 石英晶体微天平实验样品制备3.1 在振子表面制备化学接枝高分子刷3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜4. 石英晶体微天平在高分子研究中的应用4.1 界面接枝高分子构象行为4.2 高分子的离子效应4.2.1 高分子的离子特异性效应4.2.2 高分子的离子氢键效应4.2.3 高分子的离子亲/疏水效应4.3 高分子海洋防污材料5. 结语参考文献1. 发展简史1880年，Jacques Curie和Pierre Curie发现Rochelle盐晶体具有压电效应[1 ]. 1921年，Cady利用X切型石英晶体制造出世界上第一个石英晶体振荡器[2 ]. 但是，由于X切型石英晶体受温度影响太大，该切型石英晶体并未被广泛应用. 直到1934年，第一个AT切型石英晶体振荡器被制造出来[3 ]，由于其在室温附近几乎不受温度影响，因而得到广泛应用. 1959年，Sauerbrey建立了有关石英晶体表面质量变化和频率变化的定量关系，即著名的Sauerbrey方程[4 ]，该方程的建立为石英晶体微天平(QCM)技术的推广与应用奠定了坚实基础. 20世纪六七十年代QCM技术主要被应用于检测空气或真空中薄膜的厚度[5 ]. 1982年，Nomura和Okuhara实现了在液相中石英晶体振子的稳定振动，从而开辟了QCM技术在液相环境中的应用[6 ]. 1995年，Kasemo等开发了具有耗散因子测量功能的石英晶体微天平技术(QCM-D)[7 ]，实现了对石英晶体振子表面薄膜的质量变化和结构变化进行同时监测. 近年来，随着科学技术的发展，出现了QCM-D与其他表征技术的联用. 如QCM-D与光谱型椭偏仪联用技术(QCM-D/SE)[8 ]、QCM-D与电化学联用技术[9 ]等，这些联用技术无疑极大地拓展了QCM-D的应用范围，丰富了表征过程中的信息获取量，加深了对相关科学问题的理解. 毋庸置疑，在过去的60年中，QCM技术已取得了长足进步，广泛应用于包括高分子表征在内的不同领域之中[10 ~14 ]，为相关领域的发展作出了重要贡献.2. 石英晶体微天平基本原理对于石英晶体而言，其切形决定了石英晶体振子的振动模式. QCM所使用的AT切石英振子的法线方向与石英晶体z轴的夹角大约为55°[15 ]，其振动是由绕z轴的切应力所产生的绕z轴的切应变激励而成的，为厚度剪切模式，即质点在x方向振动，波沿着y方向传播，该剪切波为横波(图1 )[15 ~17 ].图 1Figure 1. Schematic illustration of a quartz resonator working at the thickness-shear-mode, where the shear wave (red curve) oscillates in the horizontal (x) direction as indicated by the two blue double-sided arrows but propagates in the vertical (y) direction as indicated by the light blue double-sided arrows. The two gold lines represent the two electrodes covered on the two sides of the quartz crystal plate, and the dashed line represents the center line of the quartz crystal plate at the y direction. (Adapted with permission from Ref.[16 ] Copyright (2000) JohnWiley & Sons, Inc).当石英振子表面薄膜厚度远小于石英振子厚度时，Sauerbrey建立了AT切石英压电振子在厚度方向上传播的剪切波频率变化(Δf)与石英压电振子表面均匀刚性薄膜单位面积质量变化(Δmf)间的关系，称为Sauerbrey方程[4 ]：其中，ρq为石英晶体的密度，hq为石英振子的厚度，f0为基频，n为泛频数，C = ρqhq/(nf0). Sauerbrey方程为QCM技术的应用奠定了基础. 值得指出的是，此方程一般情况下仅适用于真空或空气中的相关测量.当黏弹性薄膜吸附于石英振子表面时，振子的振动受到其表面吸附层的阻尼作用，因此需要定义一个参数耗散因子(D)来表征石英振子表面薄膜的刚性：其中，Q为品质因数，Es表示储存的能量，Ed表示每周期中消耗的能量. 较小的D值反映振子表面薄膜刚性较大，反之，较大的D值表明振子表面薄膜刚性较小.当QCM用于液相中的相关测量时，Kanazawa和Gordon于1985年建立了石英压电振子频率变化和牛顿流体性质间的关系，即Kanazawa-Gordon方程[18 ]：其中ηl代表液相黏度，ρl为液相密度. 1996年，Rodahl等建立了有关耗散因子变化与牛顿流体性质间关系的方程[19 ]：在液相中，石英振子表面黏弹性薄膜的复数剪切模量(G)可表示为[20 ]：G′代表薄膜的储存模量，G″代表薄膜的耗散模量，μf代表薄膜的弹性模量，ηf代表薄膜的剪切黏度，τf代表薄膜的特征驰豫时间. 因此，石英压电振子的频率变化和耗散因子变化可表示为[20 ]：其中ρf代表薄膜密度，hf代表薄膜厚度.石英压电振子的频率与耗散因子可以通过阻抗谱方法加以测量[16 ]，也可以通过拟合振幅衰减曲线获得[7 ]. 以后者为例，当继电器断开后，由交变电压产生的驱动力会突然消失，石英压电振子的振幅在阻尼作用下会按照下面的方式逐渐衰减[21 ].其中t为时间，A(t)为t时刻的振幅，A0为t=0时的振幅，τ为衰减时间常数，φ为相位，C为常数. 注意此时输出频率(f)并非为石英振子的谐振频率，而是f0和参照频率(fr)之差[21 ]. 通过对石英压电振子振幅衰减曲线的拟合，可以得到f 和τ.耗散因子可以通过如下公式求得[7 ]：3. 石英晶体微天平实验样品制备].3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜以旋涂法在振子表面制备高分子膜过程中，首先将振子放置于旋涂仪上，抽真空使振子固定，将高分子溶液滴在振子表面后，启动旋涂仪，高分子溶液将沿着振子的径向铺展开来. 伴随溶剂的挥发，可在振子表面制备一层物理涂覆的高分子薄膜[27 ,28

报告亮点阐述: 高纯度生物样品的获取是生物学功能研究的前提和基础，同时生物分离过程是生物技术产业化的必经之路。特别是“精准医疗”计划的提出为靶向富集和分离材料的开发，提出了更高的要求，迫切需要开发新一代对开发目标生物分子具有高亲和力，特异性识别的富集和分离材料。然而这类材料的开发非常具有挑战性，这是因为生物样品种类繁多，结构各异，高度复杂，同时有价值的生物样品在血液或组织液中的含量极低。蛋白等物质在细胞中分布还具有动态不均一性，在不同人种，年龄，性别，病理阶段具有非常显著的差异性。通过学习和模仿生物分子间特异性相互作用，结合智能聚合物构象转变，开发出的生物分子响应性聚合物很好地切合了这一需求，能够实现对目标生物分子的精准捕获，将在生物分离和分析领域，获得广泛的应用。这一方向融合了智能聚合物、主客体化学、微纳米器件构筑、精准测量和生物医学，是目前新兴涌现的一个学科方向，具有鲜明的开创性和广阔的应用前景。研究生物分子在材料表面的吸附动力学行为，对于揭示材料对目标分子的选择性吸附能力，以及材料吸附生物分子后，表面所发生的显著变化，是一项非常有趣的工作。报告将讲解石英晶体微天平(QCM-D)技术在分离分析化学中的应用，帮助研究人员更好地去理解生物界面行为，揭示吸附背后的精彩故事。 报告人简介：卿光焱，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员、博士生导师。长期从事生物分离材料与器件方面的基础研究，已在包括Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Sci.等化学和材料领域权威刊发表SCI论文100余篇，相关技术获得中国发明专利授权20项。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金，面上项目4项等。目前担任《色谱》青年编委，Chin. Chem. Lett.编委，Chemical Synthesis青年编委等。 报告时间：2022年7月7日(周四) 上午10点报告地点：腾讯会议（会议号报名后另行通知）报名方式：复制下方报名链接至微信搜索框，点击“访问网页”在线填写https://doc.weixin.qq.com/forms/AHUAGgcQAAkACwA1AbmAHUKesSVrfzTHfQSense技术简介： 具有耗散因子检测功能的石英晶体微天平（QSense）是瑞典百欧林科技有限公司的专利技术，可提供多个频率和耗散因子数据，用于测定非常薄层的吸附层的质量，并同步提供粘弹性等结构信息。 该技术可对多种不同类型表面的分子相互作用和分子、纳米颗粒及细胞吸附进行研究，同时可以检测分子的结构变化以及吸附与解析的动态过程。 该仪器应用范围包括生物技术和医疗器械、蛋白质、核酸、多糖等生物分子和细胞/细菌、生物传感器、食品、高分子聚合物、环境膜处理、纳米颗粒、石墨烯、自组装材料、锂电池/超级电容器等，从纳米到微米尺度的物质与界面之间的相互作用及物质的环境响应。 既往相关讲座：Ÿ 马春风教授 华南理工大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术如何解决海洋防污中面临的难题Ÿ 宋君龙教授 南京林业大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术及其在木质纤维素利用中的应用Ÿ 郑靖研究员 西南交通大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术在唾液润滑研究中的应用Ÿ 王敏博士 瑞典百欧林报告题目：QSense 耗散型石英晶体微天平技术(QCM-D)原理及应用Ÿ 申涛工程师 瑞典百欧林报告题目：QSense耗散型石英晶体微天平（QCM-D）在生物和食品领域的应用Ÿ 张洪斌教授 上海交通大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术在乳状液界面膜粘弹性与物理稳定性研究中的应用Ÿ 王敏博士 瑞典百欧林报告题目：耗散型石英晶体微天平（QCM-D）在锂离子电池研究领域的新应用Ÿ 姜威教授 山东大学报告题目：石英晶体微天平技术探究颗粒污染物的环境界面过程Ÿ 杨晓泉教授 华南理工大学报告题目：Langmuir膜分析仪及石英晶体微天平(QCM-D)在食品科学研究的应用Ÿ 杨哲博士 香港大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术及其在环境膜材料领域中的应用Ÿ 苗瑞副教授 西安建筑科技大学报告题目：QSense耗散型石英晶体微天平技术在超滤膜污染机理领域的应用研究Ÿ Netanel Shpigel博士 以色列巴伊兰大学/美国德雷塞尔大学报告题目：QSense耗散型电化学石英晶体微天平在电池及超级电容实时研究中的应用Ÿ 罗日方副研究员 四川大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术在血液接触材料表面改性领域的应用 如需相关讲座视频请联系百欧林索要，联系电话： 400 860 5169 分机号1902

高质量晶体的制备对精细化工、生物工程和制药工程等领域至关重要，而晶体的质量取决于晶体的形貌、纯度和颗粒特性。微尺度液滴构建简单、可复制性强、易于在线观察，且具有独特的柔性气液界面，因此在精确调控晶体特性、揭示结晶机理方面展现出巨大潜力，逐渐成为晶体工程的前沿热点。在微尺度液滴结晶过程中，不均匀的界面蒸发既引起了液滴内部的溶液补偿，也诱导了温度与浓度梯度的出现，从而在液滴内形成微环流，主导着溶质分子的迁移与聚集。液滴形状的调控意味着不同气液界面的构建，从根本上影响着液滴的蒸发过程，是调节液滴内部环流形式的重要手段。近日，大连理工大学高效分离过程与耦合强化团队利用摩方精密3D打印机(nano Arch S140 Pro，10 μm)设计制备了具有微米级结构的半柔性结晶器。以该结晶器为核心构建一系列异形液滴（HD），从而耦合HD气液界面与内部环流方向与强度（Ra/Ma），诱导溶质分子的定向输送，实现高质量晶体的制备。相关结果以“Shaping droplet by semiflexible micro crystallizer for high quality crystal harvest”为题发表在《Journal of Colloid and Interface Science》期刊上。该研究中，如图1d-1f所示，利用3D打印机制备了表面平整、中性的半柔性结晶器（其结晶平台半径为600 μm）。在液滴体积不变的情况下，通过调节半柔性结晶器的压缩或拉伸，控制液滴的高度，构建出一系列不同纵横比的HD（图1a和1c）；且在液滴的结晶过程中，也可实现对HD高度的实时调控（图1b）。如图2b和2d所示，对于纵横比为0.76的HD-0.76，在结晶过程中，凸气液界面、垂直气液界面、凹气液界面相继出现，它们一方面诱导了液滴内部的环流方向，一方面通过改变蒸发强度调节着液滴内部的环流强度（Ra/Ma），从而在蒸发稳定后（Stage 4）形成一种中心汇聚型环流。而在HD-0.56和HD-1.02中，由于其气液界面与环流方向和强度的不匹配，最终在蒸发稳定后（Stage 4）形成的是边界发散型环流（图2a，2c和2d）。随后，以40%饱和度的NaCl溶液结晶为例，在HD-0.76中，中心汇聚型环流驱动溶质分子向液滴中心输送，最终在结晶平台的中心获得立方单晶。而在HD-0.56和HD-1.02中，边界发散型环流将溶质输送向液滴接触线区域，从而形成咖啡环状晶体和随机堆叠状晶体。图1. （a）半柔性微结晶器构建HD示意图。（b）实时调控液滴形状示意图。（c）HD纵横比的定义。（d）半柔性结晶器表面的Zeta电位表征。（e）半柔性结晶器表面的SEM和AFM表征。（f）半柔性结晶器表面的XPS表征。图2. COMSOL模拟HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程中的环流矢量。（d）HD-0.56，HD-0.76，HD-1.02结晶过程中瑞利流强度与马兰戈尼流强度之比（Ra/Ma）。图3. HD-0.56（a），HD-0.76（b），HD-1.02（c）结晶过程的截面图。HD-0.56（d），HD-0.76（e），HD-1.02（f）对应晶体的SEM形貌。该研究受到国家重点研发计划（2019YFE0119200；2021YFC2901300），国家自然科学基金（21978037；21978033）等项目的支持。

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 2018年10月31日，第九届慕尼黑上海分析生化展(analytica China 2018)在上海新国际博览中心盛大召开，在此展会上，德祥科技有限公司与德国3T签署了战略合作协议,标志着德国3T正式进入中国市场。借此机会，仪器信息网视频采访了3T CEO Frank Gehring。 /p p 　　Frank Gehring表示：“此次战略合作协议的签署对于双方都很重要,签约仪式代表3T开始在中国正式开展市场活动。” /p p 　　此次采访中，Frank Gehring重点为我们介绍了3T的两款产品，分别为qCell/qCell T石英晶体微天平和AUREA gToxxs全自动高通量DNA损伤分析仪。 /p p 　　qCell/qCell T石英晶体微天平用于实时、无标记追踪表面反应，包括分子相互作用、表面吸脱附、流体性质等。AUREA gToxxs全自动高通量DNA损伤分析仪是一套检测DNA损伤的解决方案，可快速测量受试物对人体细胞造成的DNA损伤以及修复情况，在短时间内做出对受试物的遗传毒性的风险评估，以及对DNA损伤修复的能力评估，目前可检测的受试物包括化学品、纳米颗粒和生物物质等。 /p p 　　详细情况见视频! /p p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=3F26CC4DF83943319C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=2BE2CA2D6C183770& playertype=1" type=" text/javascript" /script /p p br/ /p

人工视觉智能技术在安全、医疗和服务等领域颇有应用潜力。然而，随着网络化和信息化的发展，基于冯诺依曼构架的现有视觉系统因功耗问题难以实时处理海量激增的视觉数据。仿生人类视觉的光电突触器件可集图像信息采集、存储和处理于一体，有效解决现有视觉系统存在的时效性、功耗等问题。非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)作为传统电子器件在显示、电子电路等领域已实现产业化应用。因此，基于氧化物TFT的创新器件在产业工艺兼容性、与后端电路的在板集成等方面优势明显，在仿生人类视觉神经突触器件的研发方面，亟待解决如可见光响应弱、频率高效选择性、不同波段信号串扰等一些关键科学和技术问题。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队阐明了非晶氧化物半导体器件中与氧空位息息相关的突触权重调控的微观机理，为提高可见光响应奠定了理论基础，设计了背沟道修饰pn异质结的光电突触TFT，有效耦合了三端器件的栅压调控和两端器件的内建电场调控功能，兼具高光电响应、易集成、低功耗等优势。 　　近期，该团队携手福州大学教授张海忠团队，设计了基于InP量子点/InSnZnO的光电TFT的仿生视觉传感器，将氧化物半导体优异的电传输特性和InP量子点良好的宽光谱响应特性有机结合，使器件具有优异的栅极可控性和可见光响应特性，通过简单控制栅极偏置实现初始状态的调控，仿生模拟了人眼暗视和明视环境下适应功能的切换。该工作构建的TFT阵列在感知红绿蓝三原色字母时均表现出逼真的环境自适应特征。此外，基于该光电传感阵列的三层衍射神经网络用于手写数字识别模拟，准确率可达93%。该研究为开发环境适应性人工视觉系统开辟了新途径，并对神经形态光电子器件的研发具有启发性意义。 　　相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到国家自然科学基金和宁波市重大科技攻关项目等的支持。人眼明暗适应过程与氧化物光电薄膜晶体管光电流变化过程的类比演

不同尺寸和形状的半导体纳米晶体可以控制材料的光学和电学性质。液池透射电子显微镜LCTEM是一种新兴的方法，用于观察纳米尺度的化学变化，并为具有预期结构特征的纳米结构的精确合成提供信息。科学家们正在研究半导体纳米晶体的反应，方法是研究过程中通过液体辐解产生的高反应环境。在最近发表的一份新论文中，科学家们利用了辐射分解过程，取代了典型半导体纳米材料的单粒子蚀刻轨迹。工作期间使用的硒化铅纳米管代表了各向同性结构，以通过逐层机制保持用于蚀刻的立方形状。各向异性箭头形硒化镉纳米棒保持了带有镉或硒原子的极性刻面，透射式液体细胞电子显微镜的轨迹揭示了液体环境中特定表面的反应性如何控制半导体的纳米级形状转变。半导体纳米晶体包含广泛可调的光学和电学特性，这些特性取决于其尺寸和形状，适用于多种应用。材料科学家已经描述了特定块体晶体小面对生长和蚀刻反应的反应性，开发出任意的图案纳米晶体的多面性及其反应机制使其成为直接研究的热点，胶体纳米晶体的热力学可以影响限定它们的有机或者无机界面。液体细胞透射电子显微镜提供了所需的时空分辨率，以观察纳米级动力学，如自组装过程。因此，科学家们在两个透射电子显微镜网格的超薄碳层之间夹了一个含有纳米晶体的水性袋，并使用三（羟甲基）氨基甲烷盐酸盐，这是一种有机分子来调节敏感半导体纳米晶体的蚀刻。LCTEM和纳米晶体的现有研究仅限于贵金属，因为它们在辐射分解过程中无法调节化学环境，导致活性材料降解。这项新的研究表明，有可能为LCTEM设计新的环境，以观察反应性纳米晶体的单粒子蚀刻轨迹。在实验过程中，三氨基甲烷盐酸盐添加剂调节了蚀刻过程的电化学电位，团队使用动力学建模来估计液体电池中胺自由基物种的浓度和电化学电位。为了证明这一概念，美国科学家们获得了真空中硒化铅纳米立方体的代表性透射电子显微镜图像，并在硒化铅奈米晶体的逐层蚀刻过程中收集了一系列图像。LCTEM成像结果显示，作为蚀刻反应的产物，在硒化铅纳米晶体周围形成了具有较高图像对比度的物质，似乎在蚀刻过程中，硒氧化并分散到液体中，以促进氯化铅的形成，铅袋中有氯离子。与硒化铅的立方晶格相比，纤锌矿硒化镉具有各向异性晶格，镉和硒原子交替层。在纤锌矿硒化镉纳米晶体的生长过程中，表面活性剂配体有利地结合到镉区域，以促进硒区域的快速生长。未来的研究将或者利用核/壳纳米晶体以及通过无机或者有机界面组装的纳米晶体，获得关于功能纳米结构阵列转化的实时信息。

尊敬的老师：你好！ 石英晶体微天平技术是一种强有力的表/界面检测技术，目前已在土壤污染研究、矿物浮选、生物材料、高分子、纳米科学与技术、生物传感、环境水处理、染料敏化太阳能电池、锂离子电池、生物燃料、制药工程、细胞信号传导、石油工业等领域得到广泛应用。 为了更好地利用该技术，了解其最新发展，促进大中华地区同行间的交流，中国科学院南京土壤所与瑞典百欧林科技有限公司将于2017年9月14-15日联合举办第二届石英晶体微天平技术发展国际研讨会（环境与能源应用）暨第五届Q-Sense技术研讨会(The 2nd International QCM Technology Development Symposium – Environment & Energy Applications & the 5th Q-Sense Technology Seminar)。本次会议主席为中国南方科技大学徐政和教授、美国威斯康辛大学Joel A. Pedersen教授和中国科学院南京土壤研究所高娟研究员。会议还邀请了该领域多位国内外知名教授学者讲授QCM-D原理和应用，并解答相关问题。与此同时，本次技术研讨会的海报征集活动也在如火如荼地进行中。如果您想与其他科研机构的老师分享交流自己的研究成果，那就投出您的海报吧，让我们一起和您分享科研的新奇与喜悦!本次海报的投稿语言为英语，海报尺寸为宽度800 mm×高度2000 mm。请将海报电子版投递至：王敏博士，min.wang@biolinscientific.com, 谢谢！注册费用：免注册费，交通食宿需自理。报名方式：请填写附件报名回执，发送邮件至lauren.li@biolinscientific.com 报名联系人： 李小姐，186 1838 2402，010 - 8420 3832 - 801 我们真诚邀请您参加本次会议，感谢您对Q-Sense的关注与支持！ 目前会议前期准备工作已经全部就绪，会议日程详情如下： 会议日程（ Agenda）:September 14 南京土壤研究所惠联楼四楼会议厅 TimeSchedule8:30-9:00Check In9:00-9:20WelcomeJoel A. Pedersen, University of Wisconsin, USAZhenghe Xu, University of Alberta, Canada/Southern University of Science and Technology, ChinaDongmei Zhou, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, ChinaVanilla Chen, Biolin Scientific AB, ChinaChair: Joel Pedersen9:20-10:00O1: Moshe Herzberg, Ben Gurion University of the Negev, IsraelTopic: Membrane Fouling and Cleaning in The Era of Environmental Nanotechnology: Measurements, Mechanisms, And Applications10:00-10:40O2: Meagan Mauter, Carnegie-Mellon University, USATopic: Using QCM-D to Evaluate the Effect of Domain Chemistry and Hydrophilicity on Adsorption to Zwitterionic Copolymer Films with Nanoscale Compositional Heterogeneities10:40-11:00Pose for Group Pictures, Coffee Break11:00-11:30O3: Jinxuan Liu, Dalian Institute of Technology, ChinaTopic: Surface-Supported Metal-Organic Framework Thin Films: From Fabrications to Applications11:30-12:00O4: Zhigang Gu, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, CAS, ChinaTopic: Epitaxial Growth and Applications of Oriented Porous Metal Organic Framework Thin Films12:00-13:30LunchChair: Meagan Mauter13:30-14:10O5: Thanh Nguyen, University of Illinois at Urbana-Champaign, USATopic: Interfacial Properties of Pathogenic Enteric Viruses Revealed by Complimentary Techniques of QCMD, AFM and DLS14:10-14:50O6: Zhenghe Xu, University of Alberta, Canada/Southern University of Science and Technology, ChinaTopic: Removal of water from water-in-oil emulsions by magnetically responsive and interfacially active composite particles14:50-15:20O7: Xiaolei Qu, Nanjing Univeristy, ChinaTopic: Aggregation and Deposition Behavior of Carbonaceous Nanoparticles15:20-15:40Coffee Break, Poster viewing15:40-16:10O8: Yong Xiong, Tsinghua University, ChinaTopic: Synergy Adsorption of Polyaromatic Compounds on Silica Surface by Molecular Dynamics SimulationChair: Juan Gao16:10-16:50O9: Olof Andersson, Insplorion AB, SwedenTopic: Nanoplasmonic Sensing Combined with QCM-D for Advanced Surface Interaction Studies16:50-17:30O10: Min Wang, Biolin Scientific AB, ChinaTopic: Application Of Q-Sense Technique on Environment and Energy Science17:30-18:00Panel DiscussionModerators：Zhenghe Xu, Joel A. Pedersen Topic: QCM-D Applications to Emergent Subjects in Environment Science18:10-20:00Dinner 会议日程（Agenda）:September 15 南京土壤研究所惠联楼四楼会议厅 TimeSchedule8:30-9:00Check InChair: Zhenghe Xu9:00-9:40O1: Andreas Wargenau, McGill Univeristy, CanadaTopic: Characterizing Phospholipid Phase Transitions Using QCM-D: Fundamentals andApplication to Environmental Toxicology9:40-10:20O2: Joel A. Pedersen, Univeristy of Wisconsin, USATopic: Multi-Component Model Biological Membranes for Investigating Nanoparticle Interaction with Cell Surfaces10:20-10:40Coffee Break, Poster viewing10:40-11:10O3: Wei Jiang, Shandong University, ChinaTopic: Nanoparticle Deposition and Nano-Biomembrane Interaction Studied by QCM11:10-11:40O4: Xitong Liu, Carnegie-Mellon Univeristy, USATopic: Probing Interactions Between Graphene Oxide and Serum Albumin Proteins Using QCM-D11:40-13:00LunchHost: Thanh Nguyen13:00-13:30O5: Jue Kou, Univeristy of Science and Technology Beijing, ChinaTopic: Leaching Kinetic Study of Non-Cyanide Gold Leaching Reagent SDD by QCM-D13:30-14:00O6: Julong Song, Nanjing Forestry Univeristy, ChinaTopic: On the Interactions in Lignocellulose Utilization Revealed by QCM-D Technique14:00-14:40O7: Min Wang, Biolin Scientific ABTopic: The Latest Application Progress by Chinese QCM-D Customers 14:40-15:10Panel DiscussionModerators：Zhenghe Xu, Joel A. Pedersen Topic: QCM-D Applications to Emergent Subjects in Environment Science15:10-15:40Coffee Break, Poster viewingUser Training SectionHost: Vanilla Chen15:40-16:10O8: Mike Xiao, Biolin Scientific AB (Chinese)QCM-D Modules and Sensors 16:10-16:30O9: Aaron Li, Biolin Scientific AB (Chinese)User Discussion Section How to Get A Good QCM-D Result? Sensor Treatment and Experiments Tips16:30-17:00Panel Discussion (English/Chinese)Host: Min Wang & Vanilla Chen Topic: Demands and Challenges on Q-Sense development

近日，中国科学院理化技术研究所研究员林哲帅、副研究员姜兴兴等提出实现晶体热膨胀的超各向异性，为光学晶体反常热膨胀性质的调控提供了全新的方法，对于光学晶体中轴向反常热膨胀性质的功能化具有重要意义。 　　在外界温度变化时，常规光学晶体因“热胀冷缩”效应，无法保持光信号传输的稳定性(如光程稳定性等)，限制了其在复杂/极端环境中精密光学仪器的应用。探索晶体的反常热膨胀性质如零热膨胀，“对冲”外界温场对晶体结构的影响是解决这一问题的有效途径。 　　然而，通过晶格在温度场作用下的精巧平衡来实现零热膨胀颇为困难，一方面，热膨胀率严格等于零的晶体在自然界中不存在；另一方面，目前化学组分调控晶体热膨胀性质的方法，例如多相复合、元素掺杂、客体分子引入和缺陷生成等，影响晶体的透光性能，不利于光学应用。如何在严格化学配比的晶体材料中，利用其本征的热膨胀性能来实现大温度涨落下的光学稳定性，具有重要的科技意义。 　　该研究团队提出实现晶体热膨胀的超各向异性，即沿晶体结构的三个主轴方向分别具有零、正、负热膨胀性，来调控光学晶体反常热膨胀性质的新方法。研究通过数学推导严格证明了当沿着三个主轴方向分别具有零、正、负热膨胀时，晶体具有最大的热膨胀可调性，可实现热膨胀效应和热光效应的精巧“对冲”，获得完全不随温度变化的光程超级稳定性。 　　研究在具有高光学透过的硼酸盐材料中探索，系统分析了晶格动力学特征。在此基础上，研究在AEB2O4 (AE=Ca或Sr)中发现了首个沿着三个主轴方向零、正、负热膨胀共存的特性。原位变温X射线衍射实验证明AEB2O4晶体具有宽的零、正、负热膨胀共存的温区(13 K ~ 280 K)。 　　在相同温度区间内，光程的变化量比常规光学晶体(石英、金刚石、蓝宝石、氟化钙)低三个数量级以上。第一性原理结合变温拉曼光学揭示了AEB2O4这种新奇的热膨胀性质源自离子(AEO8)基团拉伸振动和共价(BO3)基团扭转振动之间热激发的“共振”效应。相关研究成果发表在Materials Horizons上。 　　近年来，该团队致力于光电功能晶体反常热学和反常力学性能的研究，发现了系列具有负热膨胀、零热膨胀、负压缩以及零压缩性能的光电功能晶体，有望为复杂/极端环境下光学器件的稳定性和灵敏度问题提供解决方案。

光线传播和机械振动是两种不同的物理现象，而美国研究人员新研发出的晶体可以在一个小空间中同时操控这两者。这种光学机械晶体将有助于量子计算机等领域的科研工作。 　　英国《自然》杂志网站日前刊登研究报告说，美国加州理工学院的研究人员在一条只有10微米长的硅晶片上刻了许多凹槽，然后再利用具有特定共振频率的激光照射该晶体，光线在凹槽中多次反射并互相干涉，最后只有部分光线透出，这说明另一部分光线被截留在了晶体中间。与此同时，研究人员探测到晶体中间的小格子在进行前后的机械振动。 　　研究人员说，这种光学机械晶体可用于未来的计算机电路中，尤其是在当前的量子计算机研究中。量子计算处理器的基础各有不同，如原子、光子或超导体等，需要使用不同频率的光，难以结合到一起，而新晶体可以将一种量子处理器的光转化为振动，再将这种振动转化为另一种频率的光。这样，新晶体可以成为混合型量子计算机的理想“连接器”。 　　由于这种晶体对光频率的变化非常敏感，它还可以用作医疗探测器，检查DNA(脱氧核糖核酸)序列和病原体等。此外，它还可以帮助研发出能够检测单个气体分子的探测仪器，这将超出当前任何一种探测仪器的精度。

近日，清华大学集成电路学院教授任天令团队在小尺寸晶体管研究方面取得突破，首次制备出亚1纳米栅极长度的晶体管，其具有良好的电学性能。相关成果发表在最新一期《自然》杂志在线版上。亚1纳米栅长晶体管结构示意图。图片来源：清华大学官网晶体管是芯片的核心元器件，更小的栅极尺寸能让芯片上集成更多的晶体管，并提升性能。过去几十年，晶体管的栅极尺寸在摩尔定律的推动下不断微缩。但近年来，随着晶体管的物理尺寸进入纳米尺度，造成电子迁移率降低、漏电流增大、静态功耗增大等短沟道效应越来越严重。因此，新结构和新材料的开发迫在眉睫。目前主流工业界晶体管的栅极尺寸在12纳米以上。为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈，任天令团队巧妙利用石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能，将其作为栅极，通过石墨烯侧向电场来控制垂直的二硫化钼（MoS2）沟道的开关，从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。“在相当长的一段时间内，要打破这一纪录是非常困难的。”纽约州立大学布法罗分校纳米电子学科学家李华民评价道，这项新工作将栅极的尺寸极限进一步缩小到“仅一层碳原子的厚度”。那么，对于小尺寸晶体管的研究，当初如何想到采用石墨烯材料来突破瓶颈？“单层石墨烯厚度仅0.34纳米，因此采用石墨烯作为栅极，能够实现极短的栅极尺寸。石墨烯本身是平面结构，这就要求沟道是垂直结构，要实现垂直的沟道结构是其中一个难题。另外石墨烯除了侧壁能够栅控，其表面也能栅控，因此屏蔽石墨烯表面电场也是难点，我们开发出了自氧化铝层来对石墨烯表面电场进行屏蔽。”3月20日，任天令在接受科技日报记者采访时表示。随着摩尔定律的发展，晶体管栅长逐步微缩，本工作实现了亚1纳米栅长的晶体管。图片来源：清华大学官网如何让1纳米以下栅长晶体管从实验室成果走向产业化？任天令答道：“1纳米以下栅长晶体管只是一个维度的尺寸微缩，未来还需要配合沟道的微缩，而这需要借助光刻机，比如把沟道尺寸通过极紫外（EUV）光刻进一步微缩到5纳米，并进一步实现超大规模的芯片。”如果说这项研究实现世界上栅长最小晶体管，推动摩尔定律进一步发展到亚1纳米级别，是否意味着这也是一个新的开始，将会有新的探索——诞生更小级别的晶体管？“是的，这确实是新的开始，还将会有新的探索——诞生更小级别的晶体管。”面对记者的提问，任天令肯定地回答道，“前提是能够研发出更小原子尺寸的单层材料。目前在元素周期表上比碳原子小的材料是潜在的候选者，但需要注意，比碳原子小的这些材料目前还不存在单原子层结构，因此未来诞生更小级别的晶体管难度很大。比如利用氢原子来进行栅极控制很可能是晶体管栅极长度的终极尺寸，但是制备金属氢本身就是世界性难题，虽然《科学》2017年报道了金属氢，但是金属氢极不稳定，且不存在单原子层结构，因此难度很大。”那么，在未来集成电路的应用中，这种二维薄膜将赋予相关产品怎样与众不同的性能？任天令介绍说：“二维薄膜的未来集成电路将会带来柔性、更高密度、透明的电子产品，比如目前很热点的柔性电子屏幕，但目前的CPU不是柔性的，如果采用了二维材料，就有机会实现一个全柔性的手机，包括CPU、存储器也可以是柔软的。对于本工作而言，我们团队在实现世界上栅长最小晶体管基础上，还实现了更低功耗的晶体管，这就意味着未来的芯片可以更加节能。”“这次的科研工作，属于研究团队经过长期积累获得的一个成果，中间的过程充满挑战。这一工作是中国自主知识产权，未来我们还将继续进行沟道微缩及大规模芯片集成等工作，为中国芯作出一份贡献。”任天令强调。

美国耶鲁大学12月23日发表新闻公报称，该校及韩国光州科学技术研究院科学家最近合作制成世界上首个分子晶体管，制作分子晶体管的材料是单个苯分子。相关论文发表于12月24日的《自然》杂志。 　　研究人员说，苯分子在附着到黄金触点上后，就可以发挥硅晶体管一样的作用。研究人员能够利用通过触点施加在苯分子上的电压，操纵苯分子的不同能态，进而控制流经该分子的电流。 　　负责这项研究的耶鲁大学工程和应用科学系教授马克里德说：“这就像推一个球滚过山顶，球就代表电流，而山的高度则代表苯分子的不同能态。我们能够调整山的高度，山低时允许电流通过，而山高时则阻止电流通过。” 　　研究人员说，由于流经苯分子的电流能够控制，因此就可以像使用普通晶体管一样使用苯分子晶体管。 　　里德指出，这项研究只能算得上科学突破，而像“分子计算机”这样的实际应用即使真的可以实现，也需要几十年的时间。

蛋白质（protein）是组成人体一切细胞、组织的重要成分，是生命的物质基础，分子结构由α—氨基酸按一定顺序组合和排列形成氨基酸顺序不同的多肽链，这些多肽链进一步通过交联构成。蛋白质的复杂结构是其功能多样性的前提和基础，对其分子结构及发挥生物活性的机制进行研究具有重要意义。蛋白质空间结构（图片来源：网络）与其他有机或无机化合物晶体结构一样，蛋白质晶体结构是由相同的蛋白质分子或蛋白质分子复合物在空间中有序排列,从而构成的规则的3D阵列。根据蛋白质晶体结构排列的对称性，晶体中的所有分子相对于晶格具有有限数量的独特取向。蛋白分子通过在晶格中的有序排列，将单个分子的衍射值叠加，最终获得足以测量的衍射强度，其中晶格起到放大器的作用。结晶研究作为探究生物大分子结构及功能的重要手段，有力的推动了蛋白质分子结构的研究进程。 蛋白质晶体结构（图片来源：网络）时至今日，蛋白结晶还存在许多问题，制约着蛋白结构测定的速度。工欲善其事必先利其器，蛋白晶体成像仪作为高通量筛选蛋白质结晶的重要工具，可进行蛋白晶体研究的自动化成像和分析，为下一步进行蛋白质晶体衍射、确定结构奠定基础，最终应用于制药和生命科学领域的研究。蛋白晶体成像仪通过精确的温度控制提供稳定的蛋白质晶体培育环境，在甄别分析中，通过可见光、偏振光、紫外三种模式辨别晶体是否为蛋白晶体并观察晶体成长过程，可对晶体快速定位、自动化拍摄高质量影像。相比传统显微镜，它在蛋白晶体观察捕获的敏感度、成像质量、样本的自动定位等方面都有了很大提升，重要参数指标包括物镜倍数、附镜倍数、数值孔径、景深(mm)、视场(mm)、像素尺寸(μm)、光学分辨率(μm)等。目前市场的蛋白质晶体成像仪主流厂商有赛默飞、腾泉生物、安捷伦、Formulatrix等，不同品牌产品也各具特色。以Formulatrix的产品为例来介绍蛋白质晶体成像仪，蛋白晶体成像仪同时具备可见光和紫外荧光功能，可创造蛋白晶体的培养、成长环境，精确恒定温度和振动隔离。除此之外，仪器提供最多970个结晶板的存储和培养空间，能实现准确实验样本自动定位、智能影像捕捉拍摄等功能。在观察晶体成长过程的同时，可进行数据库数据对比和搜索，以确定蛋白晶体的存在和成长，对蛋白质晶体进行跟踪研究。蛋白液滴定局部成像（图片来源：Formulatrix）蛋白质晶体可见光及紫外成像（图片来源：Formulatrix）更多信息，点击进入仪器信息网相关仪器专场：https://www.instrument.com.cn/zc/2582.html

p 　　早在2008年，单智伟教授与合作者们就在《自然材料》报道了微纳尺度单晶镍中的“力致退火”现象，即通过对微纳尺度的单晶体施加载荷并使其发生塑性变形， 晶体内部的缺陷密度将大大降低甚至为零，同时材料的强度得到明显提升。由于该发现迥异于人们基于已有知识的判断，即塑性变形通常使晶体内部位错密度升高，因而受到研究人员的广泛关注。随后该现象在多种面心立方晶体中得到了验证。但是，基于模拟计算和一些实验观测，人们普遍认为体心立方金属不会有力致退火现象，原因是体心立方金属的螺位错具有不共面的特性，通常表现出一系列不同于面心立方金属的变形行为。经过对已有工作的仔细梳理和分析，单智伟教授等认为在合适的尺寸范围内，体心立方金属中也应该存在类似的力致退火现象。通过巧妙的实验设计，研究团队以令人信服的证据证实了上述推测，从而推翻了此前人们对于该问题的认知(黄玲等，《自然通讯》，2011)。 /p p 　　尽管力致退火现象的普适性得到了证实，但是其应用前景却得到了质疑，原因是力致退火的过程总是伴随着显著的塑性变形，从而使样品几何发生明显的改变。能否在不改变样品几何的条件下将其内部的缺陷去除呢?在日常生活中，我们知道如果要把一根半埋于土壤中的柱状物直接拔出来是比较困难的，但是如果我们先将其进行多次小幅晃动，则最终可能较轻松地将其拔出地面。受此启发，可以推断，如果对含缺陷的晶体施加一循环载荷，控制好力的幅值，使其足够大，能使缺陷动起来并在镜像力的帮助下逐渐从材料表面湮灭和逃逸，但同时又足够小，不在晶体内产生新的位错，就有可能在不改变样品几何的条件下，使得材料中的缺陷密度大幅降低，甚至到零，也就是实现“力致修复”。如果上述想法得到实现，其在纳米压印等领域就可能得到有效的应用。 /p p 　　基于上述想法，借助于定量的原位 a href=" http://www.instrument.com.cn/zc/1139.html" target=" _self" title=" " style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 透射电镜 /span /a 纳米力学测试装置，选取亚微米单晶铝为研究对象，研究团队的王章洁博士对其进行了低应变幅的循环加载，发现在几乎不改变材料外观几何的情况下，微纳尺度单晶铝内的缺陷逐渐被驱逐出样品，导致缺陷密度大幅度下降，进而使得材料的强度得到了大幅度的提升。同时发现，可以通过控制应变幅和循环周次等来调控材料内的缺陷密度，进而调控材料的屈服强度。另外，课题组还发现可以通过检查力和位移曲线是否有滞后环以及环的大小来诊断被测材料中是否有可动缺陷以及其数量的多少。这些发现不仅对于理解小尺度材料内的缺陷在循环载荷下的演变规律具有显著的科学意义，并且对于调控对缺陷敏感的功能材料的性能有重要的启发意义和应用前景。 /p p 　　值得注意的是，当块体材料经受循环加载时，通常会引起材料内部缺陷的增殖与聚集，并进而引起裂纹萌生，并在承载应力远小于宏观屈服应力的情况下发生断裂，也就是所谓的疲劳断裂，它也是很多工程构件失效的主要形式。对微纳尺度材料进行循环加载可导致“力致修复”与块体材料中循环加载所导致的疲劳破坏的效应完全相反。这一事实再次表明，作为连接连续介质力学和量子力学的桥梁，微纳尺度材料的结构与行为的内在机理和规律不能通过外推已有的宏观材料的机理和规律来得到，而是具有其独特性，必须通过创新实验方法和思路来加以揭示和解释。 /p p 　　近日，西安交大微纳尺度材料行为研究中心(简称“微纳中心”, http://nano.xjtu.edu.cn)在美国科学院院刊 (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在线发表(http://www.pnas.org/content/early/2015/10/14/1518200112)了他们的最新研究成果，即在不改变样品外观几何的条件下，可以通过小应变循环加载的方式来诊断和调控微纳尺度单晶材料中的缺陷，进而达到调控其力学性能的目的。 该论文的作者包括微纳中心的新讲师王章洁博士、李巨教授、马恩教授、孙军教授和单智伟教授, 约翰霍普金斯大学的博士生李庆杰，清华大学的崔一南博士、柳占立副教授和庄茁教授，美国麻省理工学院道明博士，美国卡耐基梅隆大学的Subra Suresh 教授。马恩教授和李巨教授同时分别为约翰霍普金斯大学和美国麻省理工学院的全职教授，并分别担任微纳中心的海外主任和学术委员会主任。该研究工作得到中国国家自然科学基金、973项目及111项目的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/d5aa1b18-2d88-40a5-a6c7-669b88c9ce82.jpg" title=" 图1.png" width=" 600" height=" 408" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 408px " / /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/71dd12f6-2be0-449f-b8db-404d6b6bbdd3.jpg" title=" 图2.png" / /p

2023年5月，国家重大科技基础设施高能同步辐射光源(HEPS)自主研制的共振非弹性散射(RIXS)分析晶体完成在线实测，实测能量分辨率37.7meV@8.9keV，标志着HEPS自主研制光学部件又进一步。 　　HEPS是亚洲首台第四代同步辐射光源，有利于开展高能量分辨谱学实验。为满足高分辨谱学需求，HEPS光源部署自主研制高分辨RIXS谱学分析晶体，100毫米直径的球面衬底上，布满近1万块1.5毫米见方、2毫米厚的小晶块，小晶块之间排列取向精度误差小于400μrad。该类分析晶体制备工艺极为复杂，国际上仅有少数光源具备此类分析晶体研制能力。HEPS高能量分辨谱学线站负责人徐伟研究员带领团队与光学设计、光学机械、光束线控制系统相关人员，联合多学科中心晶体实验室积极攻关，完成RIXS分析晶体自主加工。 　　RIXS分析晶体的在线表征是检验分析晶体品质的关键步骤。2023年5月，高分辨谱学线站团队包括徐伟研究员、郭志英副研究员、张玉骏副研究员、靳硕学副研究员等通过与日本超级环光源-日本量子科学技术研究开发机构线站(SPring-8-QST-BL11XU)的Kenji Ishii(石井贤司)教授合作，顺利完成了RIXS分析晶体的在线表征。曲率半径2米的单晶硅(553) RIXS分析晶体，实测分辨达到37.7meV (FWHM)@8985eV。这一结果表明，HEPS团队已具备RIXS分析晶体自主研制能力。 　　值得一提的是，2022年10月，依托北京同步辐射装置，HEPS首批自主研制X射线拉曼散射(XRS)谱仪分析晶体完成在线表征，实测1eV(FWHM)@9.7 keV；2023年3月，依托上海光源BL13SSW稀有元素线站，HEPS相关人员与上海光源边风刚研究员、何上明研究员、曾建荣副研究员、洪春霞高级工程师等团队合作，完成了一批(15组)条带型高分辨XRS分析晶体的在线表征，实测0.53 eV@9.7 keV。 　　高分辨分析晶体再一次取得突破性进展，离不开团队合作、国内外同行协助。下一步，团队成员将齐心协力，进一步开发定制指数面硅基、非硅基高能量分辨分析晶体。在满足HEPS高分辨分析晶体需求基础上，也可为国内外同行提供先进光学部件。 　　高分辨分析晶体在线表征得到上海光源稀有元素线站BL13SSW、测试线站BL09B，日本SPring-8 BL11XU等线站的大力支持。

在科创板过会、研发取得重大突破的联影医疗又有大动作！6月18日上午，2022年常州国家高新区重点项目集中签约“拿地即开工”仪式上，联影高端医学影像设备及核心部件项目等总投资103.4亿元的12个重点项目落地。随着“健康中国”已上升为国家战略，我国大健康市场快速扩容、高端医学影像行业支持力度增加以及新冠疫情的常态化防控等因素都促进了对医学影像设备的潜在需求，经过十余年国产医学影像设备技术的发展以及相关核心部件公关，国产品牌的进口替代趋势愈发明显，进口品牌的市场份额呈现下降趋势。据了解，联影高端医学影像设备及核心部件项目将规划达成400台RT（直线加速器）的部件加工和整机生产规模，以及500台PET-CT的晶体生产能力，项目建成后，将成为世界上最大的高端医疗设备晶体生产基地，这将极大地满足国内医学影像设备需求。01、要建世界最大高端医疗设备晶体生产基地围绕《新材料产业发展指南》明确的十大重点领域，力争到2020年在关键领域建立20家左右。“医疗器械材料生产应用示范平台”即此前工信部按照国家新材料产业发展总体规划，在“生物医药 和高性能医疗器械材料”领域部署的国家级应用示范平台。LYSO/LSO晶体在核医学设备、高能物理、油井钻探、安全检查、环境检查等领域应用广泛，是目前全球最重要和最理想的射线探测器材料之一。当前，我国正推动大型医疗设备国产化，为打破国外材料供应商对国内医疗设备厂商的垄断供应局面，进一步完善国产高端医疗设备的研发、生产体系，LYSO/LSO晶体等闪烁晶体材料的国产化是重要环节。而在影像产业链中，核心部件主要涉及闪烁晶体、液氦、X射线球管、高压发生器、探测器等。闪烁晶体是能够与X射线、伽玛射线、带电粒子等粒子发生作用，将粒子沉积在闪烁晶体中的动能转换为可见光光子的透明晶体。硅酸钇镥（LYSO）稀土闪烁晶体作为PET探测器的核心部件，占到PET/CT整机成本的40%-50%，与溴化镧稀土闪烁晶体同为最具商业价值的新材料。国产PET/CT无论是关键技术还是核心材料，均已不逊色国外品牌，甚至在一些“卡脖子”的原材料方面也取得了突破性进展，2019年，联影医疗联合下游企业——上海新漫晶体，通过上海市工业强基项目“符合PET/CT需求的大尺寸晶体的开发与产业化”的持续攻关，制定晶体性能指标要求，承担晶体性能检测、效果验证等工作，实现了LYSO 晶体的国产化，解决了国产PET/CT对进口晶体的依赖问题。现在，上海新漫系联影重要子公司，为公司提供分子影像产品重要原材料LYSO闪烁晶体。除了晶体制造技术，联影公司还掌握探测器技术、数据传输和处理技术、产品设计和制造能力等，在高端医疗影像设备研发及产业化中联影展现更大雄心，在刚过科创板的招股书中：联影要新建高端智能制造工厂，购置和安装必要的产线生产设备、自动化升级设备、自动控制设备、立体仓库和物流设备以及搭建厂区智能化系统，建成后主要用于生产高端XR、CT、PET/CT、MR和PET/MR等系列产品；新建生产研发楼；新建配套综合楼以及其他配套设施。RT在研产品 CT在研产品2018 年，联影医疗uRT-linac 506c 获NMPA 医疗器械技术审评中心第三类医疗器械认证，是世界首款一体化CT 直线加速器。目前联影医疗在放疗领域的前沿性、关键性技术的掌握情况如下：联影医疗对加速管、多叶光栅已实现自研自产，并结合治疗床技术，精密剂量控制系统，治疗计划系统，肿瘤信息系统等方面形成技术基础。未来联影医疗在放疗领域核心部件的布局规划主要包括下一代功率源系统、加速管系统、新一代多叶光栅等。经过多年的经营积累，常州联影已具备包括MR、CT、DR和RT在内的高端医学影像设备上游机加工和整机生产能力。此次，常州联影高端医学影像设备及核心部件项目将规划达成400台RT（直线加速器）的部件加工和整机生产规模，以及500台PET-CT的晶体生产能力。项目建成后，将成为世界上最大的高端医疗设备晶体生产基地。02、揭秘联影常州基地重大项目建设，是经济发展的“稳定器”。二季度，常州强保障、优服务，启动“拿地即开工”攻坚行动，保障重大项目快开工、快推进、快投产，以项目之“进”撑经济发展之“稳”。在科技创新的加持下，常州产业发展的韧性得以进一步加强：全国每五台工业机器人中，就有一台是“常州造”；动力电池年产值国内第一，占全国份额的三分之一、全省的三分之二；智能制造装备、新型碳材料产业集群进入“国家队”… … 瞄准“国际化智造名城、长三角 中轴枢纽”发展定位，常州正在智能制造上找准定位、增强特色、拉长长板。2022年，常州国家高新区确立实施173个重点项目，年内计划投资367亿元。今年以来，常州高新区全面深化“招推服一体化”改革，最大程度压缩审批时限，在签订土地出让合同的当天即同步下发“四证五书”，实现从拿地到开工“零时差”。本次集中签约项目共24个：包括总投资30亿元重大项目1个，精品外资项目5个，高端智造产业及生产性服务业项目12个，科技人才项目6个。在此次签约仪式上，新北区代区长石旭涌为12个拿地即开工项目代表：联影（常州）二期项目负责人颁发了证书。据了解，今年二季度，常州国家高新区共有40个开工重点项目，总投资达231.6亿元。联影（常州）医疗科技有限公司是全球单体规模最大的全线高端医疗设备生产基地。联影（常州）项目总占地面积340亩，一期用地162亩，建筑面积91505平方米，总投资15亿元，建成后形成年产数字平板X射线成像系统3600套、CT系统500套、分子影像系统(磁共振成像)720套、放射治疗仪系统400套的生产能力。2020年销售额为9.92亿元，纳税额为1.3亿元。联影自落户常州高新区以来，始终保持高质量发展态势，取得了很好的发展。新冠疫情期间，联影在第一时间驰援武汉，更是展现出了让人称赞的“中国速度”。据介绍，从小年夜到年初五，按计划生产的移动DR15台，CT530系列设备10台，已基本按需完成。后续，仍保质保量供应。去年1月19日上午，常州国家高新区与联影医疗技术集团举行项目签约仪式，联影医疗技术集团决定在常州高新区投资30亿元，建设二期新项目，作为全国获得国家专利金奖和商标金奖仅有的两家企业之一，上海联影医疗科技股份有限公司在投资联影（常州）一期项目基础上，今年投资建设的二期项目正式启动，此次联影高端医学影像设备及核心部件项目要建成的世界最大高端医疗设备晶体生产基地便在该期项目中。联影（常州）医疗科技有限公司总经理严全良感慨道：“联影（常州）一期项目在整个报建、生产过程中，得到了市、区、镇各级政府的大力支持和帮助！原本至少近70个工作日的审批过程，缩短为1个工作日，真正做到了‘拿地即开工’。政府部门高效的审批，让我们企业真正实现了‘少走路’、‘少等待’，帮助我们项目‘早开工、早投产’”。03、差异化定位、区域化分工构建的全球化产能格局形成上海联影医疗科技股份有限公司成立于2011年3 月，是联影医疗技术集团的总部，研发中心辐射全球，主要从事高端医学影像诊断产品、放射治疗产品及高端生命科学仪器的设计、研发、生产和销售，并提供配套智能化、信息化解决方案，主打高端医疗设备市场，有国内唯一设计、研发、制造医用1.5T、3.0T超导磁体等全线产品的能力。2020年，联影医疗在武汉全面布局，总投资约50亿元，占地20余万平方米的联影医疗武汉总部基地一期已正式启用，是全球高端医疗设备行业规模最大，最具特色的研发、生产、运营中心。同时，联影智能武汉分部、UIHCloud联影云总部也“安家”于此。联影武汉总部基地智能制造中心该基地投用后，到2028年，将实现高端医疗设备本土化生产和销售，预计年收入百亿元。联影医疗将在武汉重点打造联影高端医疗设备研发及智能制造中心，自主研发生产手术机器人、医疗可穿戴设备等先进医疗装备。常州是一个世界级加工基地，联影认为整个产业链的把控才能确保产品的质量，才能确保最优的性价比利用一流设备，从原材料精加工到模具都是自己做。此外联影在美国德州还拥有休士顿研发基地，并称未来在国外还会建更多生产基地，进入世界市场。去年9月24日，虹桥国际开放枢纽重大项目集中开工长宁区分会场活动，在联影智慧医疗产业园项目建设工地举行，联影智慧医疗产业园是此次5个集中开工的参与项目之一。联影医疗科技智慧医疗总部项目位于广顺北路临华路，用地面积约2.99万平方米，地上建筑面积约9.45万平方米，地下建筑面积约8万平方米。园区主要包括联影智慧医疗全球总部、中国智慧医学影像研究院及智慧影像产业基地、智慧医疗亚洲体验中心及旗舰店、联影互联网医院管理中心、联影全国基层医疗升级指导培训中心和共建关键学科专家工作室中心，将建成具备集团优势、生态优势和运营团队优势的产业集聚区。据文汇报报道，未来五年联影智慧医疗预期年收入100亿元，团队接近5000人，服务覆盖国内大部分地区，带动医疗大健康领域人工智能技术设备创新和医疗健康产业的产融结合服务创新，催生1000亿元产业规模，助力长宁相关产业发展。联影医疗产业化示范基地二期效果图今年1月6日，联影医疗产业化示范基地二期项目作为嘉定新城今年首批6个重大项目之一正式启动建设。此次启动建设的联影医疗产业化示范基地二期，将建成为全球规模领先的、国际一流的现代化、智能化高端医疗装备研发生产基地。据悉，联影医疗产业化示范基地二期项目总投资31.26亿元，总建筑面积约42万平方米，将建设成为集技术研发、智能制造、国际交流培训、全球品牌展示、生活服务、中央公园等功能于一体的智慧园区，可容纳8000-10000人。园区将由曾设计上海中心大厦的全球顶尖建筑设计公司Gensler设计，预计2024年底竣工。此次，大手笔打造的“超级工厂”将作为公司全球研发总部，新基地对标国际最高水平，加速下一代产品与技术研发创新，推动PET/MR、PET-CT、MR、CT、XR等全线高端医疗装备、核心部件与先进技术从研发到产业化的进程，推动“卡脖子”技术自主可控。新基地还将打造数智化超级工厂，借助工业物联网、大数据、人工智能等前沿技术，将实现生产制造、仓储、物流等各环节生产要素全面感知和控制，以自动化、智能化、精密化的生产及运营管理，大幅提升全线高端产品全球供给能力与速度。由此，上海总部基地、常州工厂、武汉基地、美国基地几大基地之间也将构建起差异化定位、区域化分工的全球化产能格局。两月前，万众瞩目的联影医疗终于过会了！融资金额高达124.8亿元，市值有望破千亿，这也是科创板市场2022年以来IPO规模最大的上市企业。募集资金用于下一代产品研发、高端医疗影像设备产业化基金项目等，提前规划“多中心、分级次”的生产基地战略布局，新建生产基地，将有力提升公司品牌的全球影响力。

纳米尺度的光电融合是未来高性能信息器件的重要发展路线。如何在微纳甚至原子尺度对光进行精准操控是其中的关键的科学问题。中国科学院国家纳米科学中心研究员戴庆研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，充分发挥它对光的高压缩和易调控优势，不仅有望实现高效光电互联，而且可以提供额外的信息处理能力，从而进一步提升光电融合系统的性能。 　　该团队通过十多年的努力，实现了极化激元的高效激发和长程传输。在此基础上，研究设计并构筑了微纳尺度的石墨烯/氧化钼范德华异质结，实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“光晶体管”功能。研究表明该晶体管可实现光正负折射的动态调控，类似电子晶体管能切换(1,0)两个高低电位，为构筑与非门等光逻辑单元奠定了重要基础。该研究充分发挥了不同材料的纳米光子学特性，从而突破了传统结构光学方案如使用人工结构(超材料和光子晶体等)在波段、损耗、压缩和调控等方面的性能瓶颈。 　　与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等优势，被寄予未来大幅提升信息处理能力的厚望。因此，光电融合系统被认为是构建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。光电互联(电-光-电转换)是光电融合主的基础，相当于光电两条高速公路交汇的收费站。而现有硅基光电集成方案存在效率低(依赖多次光电效应)、体积大(光模块无法突破衍射极限)等问题，制约光电器件之间的信息流转。然而，光子不携带电荷且光的传输受限于光学衍射极限，相比于能轻易通过电学调控的电子，对光子的纳米尺度局域和操控并不容易。 　　极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式(表面波)。它具有优异的光场压缩能力，可轻易突破光学衍射极限从而实现纳米尺度上光信息的传输和处理。 　　戴庆团队以攻克高速光电互联这一世界技术难题为目标，提出以纳米材料的表面波(极化激元)为媒介，实现高效光电互联的新思路。构筑光-极化激元-电转换路径相当于将高速公路的收费站改造成立交桥，具有显著优势：一是效率高，光/电激发材料表面波的效率相比光电效应提升潜力巨大；二是集成度高，光波转化成材料表面波可将波长压缩百倍轻松突破衍射极限，从而显著提升光模块集成度；三是算力强，材料表面波具有光子性质可进行高效并行计算，从而将现有光电融合的“光传输、电计算”拓展成为“光传输、电计算+光计算”，实现“1+12”的效果。 　　戴庆提出，我们利用电学栅压对极化激元这种光波的折射行为实现了动态调控，使其从常规的正折射转变到奇异的负折射。这好比可以像操纵电子一样操纵光子，为将来高性能光电融合器件与系统的发展提供重要促进作用。这一研究在应用上面向光电融合器件大规模集成缺乏高效、紧凑光电互联方式的重大需求，在科学上为解决突破衍射极限下高效光电调制的难题提供了新思路。 　　2月10日，相关研究成果以Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons为题，发表在《科学》(Science)上。该论文审稿人评价道，这证实了一项非常规的物理现象，为研究纳米尺度的光操控提供了崭新的平台。图示极化激元晶体管的基本原理，通过在氧化钼上覆盖石墨烯构筑范德华异质结，天线激发极化激元传输穿过界面后形成负折射。极化激元晶体管的光学显微镜照片

美国犹他大学的研究人员研制了迄今为止最小的等离子体晶体管，其可承受核反应堆的高温和离子辐射环境条件，有助于研制在战场上收集医用X射线的智能手机、实时监测空气质量的设备、无需笨重的镜头和X射线光束整形装置的X射线光刻技术。 　　这种晶体管有潜力开辟适用于核环境工作的新一类电子器件，能用于控制、指引机器人在核反应堆中执行任务，也能在出现问题时控制核反应堆，在核攻击事件中继续工作。 　　作为当代电子设备的关键组成元件，硅基晶体管通过利用电场控制电荷的流动来实现晶体管的打开或关闭，当温度高于550华氏度时失效，这是核反应堆通常工作的温度。而此次美研究人员将利用传导离子和电子的等离子体空气间隙作为导电沟道，研制了可在极高温度下工作的等离子体晶体管。它的长度为1-6微米，为当前最先进的微型等离子体器件的1/500，工作电压是其六分之一，工作温度高达华氏1450度。核辐射可将气体电离成等离子体，因此这种极端的环境更易于等离子体器件工作。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 药物晶型与药物质量关系密切。固体药物由于制备工艺的不同，制剂后药物的分子可能会形成不同的晶型。由于晶型的不同，药物的有些性质比如：熔点、溶解性、吸湿性、稳定性还有生物利用度等会受到影响。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2020年版《中国药典》即将正式实施。其中，关于药品质量控制这一方面在不断地重视。在本次药典更新中，可以找到很多例子。关于药物晶型方面也有不少修订，无论从使用的方法还是仪器检测技术都有更新。 span style=" color: rgb(0, 176, 80) " strong 0981 结晶性检查法 /strong /span 中规定了三种方法：第一法（偏光显微镜法）；第二法（粉末X射线衍射法）；第三法（差示扫描量热法）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 关于药物晶型和其质量控制的 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 实验仪器 /strong /span 有以下几类： span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong DSC（差示扫面量热）仪器，偏光显微镜，XRD（X射线衍射仪），熔点仪以及溶出度仪 /strong /span 等等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 424px height: 247px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/9814e73e-2766-4a41-bf22-7dbaaa26a831.jpg" title=" X射线衍射.png" alt=" X射线衍射.png" width=" 424" height=" 247" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(89, 89, 89) font-size: 14px " strong 图为I晶型的阿托伐他汀钙的X射线粉末衍射图 /strong /span /p p span style=" color: rgb(89, 89, 89) font-size: 14px " strong br/ /strong /span /p p style=" text-align: center margin-top: 15px " span style=" color: rgb(89, 89, 89) font-size: 14px " strong /strong /span a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/73.html" target=" _blank" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 505px height: 375px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/232e36f4-0749-4600-a5d5-01d756e5d8ab.jpg" title=" XRD.png" alt=" XRD.png" width=" 505" height=" 375" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em margin-top: 10px " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong XRD-X射线衍射仪： /strong /span 当一束单色X射线入射到晶体时，原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同数量级。故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，可以反映晶体的结构。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em margin-top: 10px " span style=" color: rgb(89, 89, 89) font-size: 14px " strong /strong /span /p p style=" text-align: center margin-top: 10px " a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/63.html" target=" _blank" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 499px height: 374px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/7462bd01-457b-4eef-b71c-bae6ce3f71c1.jpg" title=" DSC.png" alt=" DSC.png" width=" 499" height=" 374" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em margin-top: 10px " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong DSC-差示扫面量热仪： /strong /span 热分析法，在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。曲线的面积正比于热焓的变化。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em margin-top: 5px " DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。它可以用来研究生物膜结构和功能、蛋白质和核酸构象变化等。 /p p style=" text-align: center margin-top: 10px " a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/57.html" target=" _blank" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 504px height: 372px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/958ea864-5bc1-4220-b287-a67dd2d4ec7a.jpg" title=" 偏光显微镜2.png" alt=" 偏光显微镜2.png" width=" 504" height=" 372" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em margin-top: 10px " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 偏光显微镜： /strong /span 双折射性是晶体的基本特征。偏光显微镜被广泛地应用在矿物、高分子、纤维、玻璃、半导体、化学等领域。在生物学中，很多结构也具有双折射性，这就需要利用偏光显微镜加以区分。在植物学方面，如鉴别纤维、染色体、纺锤丝、淀粉粒、细胞壁以及细胞质与组织中是否含有晶体等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起组织内化学性质的改变，可以偏光显微术进行鉴别。 /p p style=" text-align: center margin-top: 10px " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/JX1028/" target=" _blank" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 586px height: 195px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/3a7dde76-6eca-489c-a8d3-f5152e2b5e6a.jpg" title=" w1035h345.png" alt=" w1035h345.png" width=" 586" height=" 195" / /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为加强药物晶型控制有关最新研究和技术交流，为来自企业、科研院所、高校与政府监管部门的相关用户搭建交流与沟通平台，仪器信息网将于 strong 2020年10月28日 /strong 举办“药物晶型控制分析”主题网络研讨会。【点击即可报名】 /p

垂直沟道纳米器件因其对栅长限制小、布线灵活及便于3D一体集成等优势，在1纳米逻辑器件/10纳米 DRAM存储器及以下技术代的集成电路先进制造技术方面具有巨大应用潜力。要实现垂直沟道纳米晶体管的大规模制造，须对其沟道尺寸和栅极长度进行精准控制。对于高性能垂直单晶沟道纳米晶体管，现阶段控制沟道尺寸的最好方法是采用先进光刻和刻蚀技术，但该技术控制精度有限，导致器件性能波动过大，不能满足集成电路大规模先进制造的要求。中国科学院微电子研究所研究员朱慧珑团队在实现对栅极长度和位置精准控制的基础上，提出并研发出了一种C型单晶纳米片沟道的新型垂直器件（VCNFET）以及与CMOS技术相兼容的“双面处理新工艺”，其突出优势是沟道厚度及栅长/位置均由外延层薄膜厚度定义并可实现纳米级控制，为大规模制造高性能器件奠定了基础，研制出的硅基器件亚阈值摆幅（SS）以及漏致势垒降低（DIBL）分别为61mV/dec和8mV/V，电流开关比达6.28x109，电学性能优异。相关研究成果于近日以Vertical C-Shaped-Channel Nanosheet FETs Featured with Precise Control of both Channel-Thickness and Gate-Length为题发表在IEEE Electron Device Letters上。论文链接 图1 (a) 垂直纳米片器件的TEM截面图 (b) 器件沟道中心位置的纳米束衍射花样 (c) 外延硅沟道的TEM俯视图 (d)-(f) 器件截面的EDS能谱图图2 垂直纳米片器件的转移输出特性曲

目前，世界上许多油田都相继进入中高含水期，而地下可采储量依然较大。据调查统计表明：在开始衰竭的油藏中，产出的每桶油平均有3桶水，随之每年用在控制油藏出水方面的投入巨大。当前，在低油价的大背景下，老井挖潜和新井增效成为各油田的投入主力，这一迫切需求对控水增油技术提出了更高的要求。安东智能油水控制技术依据流体力学层流与紊流理论，由于油与水的粘度和密度差异较大，同样速度进入自动控水阀时，油处于层流状态，流动阻力小；水处于强紊流状态，产生漩涡效应，内部能量损耗大。利用以上原理，可以实现同一生产压差下，油、水以及油水混合物在通过控水阀体时具有不同的产液量，从而自动调节不同生产层段的产出比。安东智能油水控制技术以油藏地质为基础，结合多种分段技术，能够控制各层位的产液情况，自行调节油水产量，解决水平井局部出水问题导致的油井高含水难题。控流单元与防砂筛管组合形成的控水筛管，起到新井、老井的防砂、控水、增油的三重效果。安东能够提供配套齐全的完井工具、一站式完井技术服务。安东智能油水控制技术具有以下特点：1. 油水自适应，可根据各单元产液量和含水等产液状况自动调节附加压降，实现均衡产液剖面同时抑制高含水（气）出液段；2. 不含活动部件，性能可靠，全通径，一体化设计，施工简单、有效期长；3. 主动控制，无需控制管线、无需人为干预、实现低成本智能完井。4. 控流单元采用高强度、耐冲蚀合金制造，具有耐高温、耐冲蚀、长寿命特点。油水及混合物的流动测试曲线安东智能油水控制技术经过多年的研发和现场应用，在国内外油田逐步取得客户的认可。可以广泛应用在直井、大斜度井和水平井中，是新井先期控水延长低含水采油期和老井二次完井降水增油重要补充技术。为油田开发后期的出水问题，特别是水平井筛管或套管完井出水问题的治理提供有效的解决办法。案例分析安东自主研发安东智能控水技术，与油藏地质和工程相结合，对塔里木哈得区块水平井老井进行了深入的油藏地质分析，结合隔夹层发育情况、水平井轨迹空间位置、生产动态特征等因素，综合分析选择合适老井进行智能控水技术试验，通过生产数据跟踪，该井取得极好的控水增油效果，为甲方提质增效贡献重要力量。塔里木油田一口井2013年8月完钻投产，目的层为石炭系东河砂岩，完钻井深5585m，垂深5062m，水平段长300m,井底温度115℃，目前井底压力46MPa。生产至2019年10月1日日产液103t，含水率79.36%。2019年12月使用安东石油自主研发智能控水增油技术进行二次完井作业。2020年1月1日措施后开井生产，截止到2021年5月5日该井累计递减增油3378t，含水由79.36%下降至42.3%，日产油由21.26t上升至38.66t。该井各项指标均超过考核指标，并取得了良好的经济效益，目前为客户增效647万余元。

在一个砷化铟晶体上，12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子，这就是科学家最新研制的分子大小的晶体管。按照摩尔定律的硬限制，这很可能是一个晶体管所能达到的最小尺寸。　　新型晶体管是由德国PDI固体电子学研究所、柏林自由大学、日本NTT基础研究实验室和美国海军研究实验室研究人员组成的国际团队开发的。这一发表在科学期刊《自然物理》上的最新成果朝着量子计算迈出一大步。　　构成晶体管的每个铟原子的直径是167皮米(0.167纳米)，比目前的最小电路——IBM公司刚刚推出的7纳米芯片(晶体管尺寸为7纳米)要小42倍。人类发丝厚度为10万纳米，大约是铟原子尺寸的60万倍 红血球直径6000纳米，是它的36000倍 甚至只有2.5纳米宽的DNA链，大小也达到了铟原子的15倍。　　在这样的原子尺度上，电子流通常很难得到可靠地控制，电子会跳到晶体管外，导致晶体管无效。英国《卫报》网站21日报道称，研究团队使用一个扫描隧道电子显微镜，将铟原子放置在精确位置上，并对通过栅极的电子流进行控制。他们意外发现，位于晶体管中心的酞菁染料分子的方向是由其电荷决定的，这意味着，与传统晶体管只有一种简单的类似开关的状态相比，新型晶体管可能并不只限于此。　　研究证明，通过精确控制原子来创建一个比现有任何其他量子系统都要小的晶体管是可能的，它也为进一步研究如何将这些微晶体管应用于处理能力超过目前水平几个数量级的计算机和系统打开了大门。　　摩尔定律说，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月到24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。芯片上集成的晶体管越多，其功能越强大。目前最新款计算机芯片已经突破7纳米尺度，向更小型化发展越来越难。虽然单分子晶体管距离集成到芯片中还很遥远，但这项新研究仍将有助于下一代计算机——量子计算机的开发。

由中科院福建物构所、福建光电子材料工程技术研究中心和福建福晶科技股份有限公司联合起草的“硼酸盐非线性光学单晶元件通用技术条件(GB/T 22452－2008)”、“硼酸盐非线性光学单晶元件质量测试方法（GB/T 22453－2008）”两项标准，日前已由中华人民共和国国家标准委员会批准实施，将于今年4月1日开始实施。 据悉，国内外目前尚无与硼酸盐非线性光学单晶元件相关的技术标准。这两项技术标准的实施将有助于提升元件的制备加工和测试的技术手段及检测水平，保证产品质量的一致性，控制产品成本，保护我国的知识产权，提高我国非线性晶体元件行业的整体技术水平。

据美国物理学家组织网12月21日(北京时间)报道，德国科学家研制出一种新式的通用晶体管，其既可当p型晶体管又可当n型晶体管使用，最新晶体管有望让电子设备更紧凑 科学家们也可用其设计出新式电路。相关研究发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。 　　目前，大部分电子设备都包含两类不同的场效应晶体管：使用电子作为载荷子的n型和使用空穴作为载荷子的p型。这两种晶体管一般不会相互转化。而德累斯顿工业大学和德奇梦达公司携手研制的新式晶体管可通过电信号对其编程，让其自我重新装配，游走于n型晶体管和p型晶体管之间。 　　新晶体管由单条金属—半导体—金属结构组成的纳米线嵌于一个二氧化硅外壳中构成。从纳米线一端流出的电子或空穴通过两个门到达纳米线的另一端。这两个门采用不同方式控制电子或空穴的流动：一个门通过选择使用电子或空穴来控制晶体管的类型 另一个门则通过调谐纳米线的导电性来控制电子或空穴。 　　传统晶体管通过在制造过程中掺杂不同元素来确定其是p型还是n型，而新式晶体管不需要在制造过程中掺杂任何元素，通过在一个门上施加外部电压即可重新配置晶体管的类型。施加的电压会使门附近的肖特基结阻止电子或空穴流过设备，如果电子被阻止，空穴能流动，那么，晶体管就是p型，反之则是n型。 　　研究人员解释道，使这种再配置能起作用的关键是调谐分别通过肖特基结(每个门一个)的电子流动情况，模拟显示，纳米线的几何形状在这方面起关键作用。 　　尽管该研究还处于初期阶段，但新式晶体管展示出了极佳的电学特性。比如，与传统纳米线场效应晶体管相比，其开/闭比更高，且漏电更少。该研究的领导者沃尔特韦伯表示：“除采用人造纳米线外，采用目前先进的硅半导体制造技术也可以制造出这种晶体管，还可以用到自对准技术，大大提高工作频率和速度。” 　　接下来，科学家们计划通过改变材料的组成来改进新式晶体管的性能，并制造出由其运行的电路。他们表示，最大的挑战是，在将其与其他晶体管结合在一起时，如何将额外的门信号整合进来。

晶体是计算机、通讯、航空、激光技术等领域的关键材料。传统制备大尺寸晶体的方法，通常是在晶体小颗粒表面“自下而上”层层堆砌原子，好像“盖房子”，从地基逐层“砌砖”，最终搭建成“屋”。北京大学科研团队在国际上首创出一种全新的晶体制备方法，让材料如“顶着上方结构往上走”的“顶竹笋”一般生长，可保证每层晶体结构的快速生长和均一排布，极大提高了晶体结构的可控性。这种“长材料”的新方法有望提升芯片的集成度和算力，为新一代电子和光子集成电路提供新的材料。这一突破性成果于7月5日在线发表于《科学》杂志。图为用“晶格传质-界面生长”新方法制备晶圆级二维晶体北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所所长刘开辉教授介绍，传统晶体制备方法的局限性在于，原子的种类、排布方式等需严格筛选才能堆积结合，形成晶体。随着原子数目不断增加，原子排列逐渐不受控，杂质及缺陷累积，影响晶体的纯度质量。为此，急需开发新的制备方法，以更精确控制原子排列，更精细调控晶体生长过程。为此，刘开辉及其合作者原创提出名为“晶格传质-界面生长”的晶体制备新范式：先将原子在“地基”，即厘米级的金属表面排布形成第一层晶体，新加入的原子再进入金属与第一层晶体间，顶着上方已形成晶体层生长，不断形成新的晶体层。实验证明，这种“长材料”的独特方法可使晶体层架构速度达到每分钟50层，层数最高达1.5万层，且每层的原子排布完全平行、精确可控，有效避免了缺陷积累，提高了结构可控性。利用此新方法，团队现已制备出硫化钼、硒化钼、硫化钨等7种高质量的二维晶体，这些晶体的单层厚度仅为0.7纳米，而目前使用的硅材料多为5到10纳米。图为基于二维晶体的电子和光子集成电路“将这些二维晶体用作集成电路中晶体管的材料时，可显著提高芯片集成度。在指甲盖大小的芯片上，晶体管密度可得到大幅提升，从而实现更强大的计算能力。”刘开辉说，此外，这类晶体还可用于红外波段变频控制，有望推动超薄光学芯片的应用。

南京晶升装备股份有限公司（以下简称“晶升装备”）9月21日正式发布上会稿，9月29号上会。晶升装备聚焦于半导体领域，向半导体材料厂商及其他材料客户提供半导体级单晶硅炉、碳化硅单晶炉等定制化的晶体生长设备。其产品半导体级单晶硅炉下游行业为硅片厂商，下游应用行业具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点，市场集中度较高。根据 Omdia 统计1，全球硅片市场份额主要被日本信越化学、日本胜高、中国台湾环球晶圆、 德国世创和韩国 SK 五大企业占据，五大企业占全球硅片市场份额约为 90%，由于国内半导体硅片行业起步较晚，国内硅片市场份额不足 10%，相对较低，增速及进口替代空间巨大。中国大陆半导体硅片厂商技术发展相对落后，国内主要硅片厂商以生产 200mm（8英寸）及以下抛光片、外延片为主，300mm（12英寸）产能规模占比相对较低，仅有沪硅产业（上海新昇）、TCL 中环（中环股份）、立昂微（金瑞泓）、奕斯伟等少数厂商可实现12 英寸半导体级硅片批量供应。目前国内自产12英寸产能仅为54万片/月，总需求为150万片/月至200 万片/月，自产供给和需求之间存在较大差距，主要依赖进口。从全球趋势来看，由于成本和制程等原因，国内12 英寸需求也将越来越大。因此，12英寸半导体级硅片成为未来国内硅片市场主要增长点，带动上游晶体生长设备行业实现规模化增长。晶升装备在三轮问询回复中表示，公司已于2018年率先实现了12英寸半导体级单晶硅炉国产化。虽然产品设备规格指标参数、晶体生长控制指标参数与国外厂商基本处于同一技术水平，但因产业应用时间较短，验证经验相对不足，目前与国外厂商的竞争中还处于相对劣势。以国内12英寸硅片龙头企业沪硅产业（上海新昇）为例，其采购国外厂商S-TECH Co., Ltd半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例超过85%，采购晶升装备12英寸半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例约为10%-15%。然而，相比国内厂商，晶升装备具有先发及领先优势。其12英寸半导体级单晶硅炉产品技术水平、市场地位及市场占有率国内领先，随着产业应用时间及下游认证的逐步推进，晶升装备将在半导体级单晶硅炉国产化替代进程中具备较强的竞争优势。根据三轮问询回复，目前晶升装备在半导体级单晶硅炉的国内竞争对手主要为晶盛机电及连城数控。晶盛机电及连城数控的的晶体生长设备下游应用领域主要为光伏级硅片领域，晶升装备产品聚焦于半导体级单晶硅炉领域。晶升装备的12英寸半导体级单晶硅炉已实现为国内领先半导体硅片企业沪硅产业（上海新昇）、立昂微（金瑞泓）的批量化销售。其产品的定制化能力、可应用制程工艺、下游量产进度较国内竞争对手具有领先性。晶升装备根据国内硅片行业整体预计新增产能对公司半导体级单晶硅炉市场空间进行测算，预计未来2-3年，公司半导体级单晶硅炉市场空间可达约9-29亿元。

5月13日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家 建造了可由三磷酸腺苷(ATP)驱动和控制的生物纳米电子混合晶体管 。他们称，新型晶体管是首个整合的生物电子系统，其将为义肢等电子修复设备与人体的融合提供重要途径。相关研究发布在近期出版的《纳米快报》(Nano Letters)上。 　　三磷酸腺苷可作为细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能，为人体新陈代谢提供所需能量；其在核酸合成中亦具有重要作用。 　　该实验室的研究人员亚历山大诺伊表示，离子泵蛋白是新型晶体管装置中最核心的部分。此次开发的晶体管由处于两个电极之间的碳纳米管组成，起半导体的作用。纳米管的末端附有绝缘聚合物涂层，而整个系统则包裹于双层油脂膜之中，与活体细胞膜的原理相似。当科学家将电压加在电极之上时，含有三磷酸腺苷、钾离子和钠离子的溶液便会倾泻而出，覆盖在晶体管装置表面，并引发电极之间电流的流动。使用的三磷酸腺苷越多，产生的电流也越强烈。 　　科学家解释说，之所以会产生如此效果，是由于双层油脂膜内的蛋白质在接触三磷酸腺苷时会表现得如同“离子泵”一般。在每个周期中，蛋白质会往一个方向抽送3个钠离子，并向相反方向抽送2个钾离子，致使1个电荷在“离子泵”的作用下越过双层油脂膜抵达纳米管之中。随着离子的不断累积，其将在纳米管中部的周围产生电场，从而提升纳米晶体管的传导性。 　　耶路撒冷希伯来大学的伊特玛维尔纳表示，这一生物电子系统通过离子运动将纳米层级的机械能转化为了电能，从而为晶体管的运行提供了支持。在这种情况下，晶体管可被用于制造由生物信号驱动和控制的电子设备。例如，这一进展能使电子仪器不需电池或其他外界电力供给便可永存于体内，而义肢等人体修复器械也有望直接与人体 神经系统 “连线”。诺伊希望，这种技术将来能被用于建设无缝生物电子界面之中，以实现生物体和机器的更好沟通。

五彩缤纷的蝴蝶翅膀、光鲜靓丽的孔雀羽毛、闪耀着金属光泽的昆虫甲壳……点缀着这些大自然奇妙杰作的并非普通色素，而是光与光子晶体结构发生散射、干涉、衍射等作用后形成的结构色。光子晶体是由不同折射率介质周期性排列而形成的光学超材料，也被称为光学半导体。通过设计和制造光子晶体材料及相关器件来控制光子运动，并在此基础上进一步实现光子晶体材料的各种应用，是人们长久以来的梦想。近日，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林、副研究员吴磊等研究人员组成的研究团队利用连续数字光处理（DLP）3D打印技术，实现了具有明亮结构色的三维光子晶体结构制备，为创新结构色制备方法及扩展3D打印的应用开创了新的途径。创新方法，让光子晶体精准“生长”光子晶体作为未来光子产业发展的基础性材料，其独特的三维光学控制能力使其在集成光学元件、光子晶体光纤及高密度光学数据储存等领域都有广阔的应用前景。3D打印技术近年来的成熟发展，也使其成为最好的光子晶体制备手段之一。宋延林向记者介绍，虽然近年来有一些将3D打印技术应用于多种图案化光子晶体制备的案例，但普通的3D打印技术因为墨水中树脂的光固化速度和纳米粒子组装速度的差异，存在结构色效果较差、打印精度较低、难以实现复杂三维结构等问题。上述方法制备的多种图案化光子晶体具有表面形貌粗糙和保真度较差等缺陷，难以被广泛应用于光学器件中。要实现高精度、高保真的光子晶体结构3D打印，就必须要开拓出新的方法。此次研究中，研究团队使用了连续数字光处理3D打印技术。与常见的将原材料层层挤出、堆叠而成的3D打印技术不同，连续数字光处理3D打印技术基于光敏树脂材料在紫外线照射下会快速固化的特性，利用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻形成3D结构。此次研究团队所采用的连续数字光处理3D打印方法主要的打印步骤如下：首先，在透明基板上滴上墨水，将墨水上方的成型平面缓缓下降，与墨水进行接触；接下来，通过基板下方的光束将打印图案照射在墨水上；之后，受到紫外线照射的墨水会凝固成预先设计好的形状。一滴滴小小的墨水被“雕刻”为一个3D光子晶体结构，其整个产生的过程仿佛是从基板上“生长”出来。宋延林表示，研究团队所采用的连续数字光处理3D打印技术主要在两方面上取得了重要改进。在打印模式上，市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术大都是层层打印，打印速度较慢。研究团队研发出的低黏附光固化界面，让液滴与基底之间的粘附力极低，打印过程没有任何“拖泥带水”，能够实现迅速连续打印成型，极大地提升了打印的速度。在成型方式上，市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术通常要采用液槽来盛装大量液态树脂。采用液槽来盛装大量液态树脂的方式导致在连续打印过程中，不该固化的区域因为受到照射而固化，不仅造成原材料的大量浪费，也降低了连续打印过程中的稳定性及分辨率。研究团队摒弃了液槽，而是以单墨滴为成型单元，通过控制固化过程中气、固、液三相接触线，显著减少了液体树脂在固化结构表面的残留。同时，以单墨滴为成型单元还降低了界面粘附，增加了液体内部树脂的流动，显著提高了3D打印的精度和稳定性。克服困难，逐个击破墨水难题除了创新打印方式，此次研究中，研究团队对打印所需的墨水也进行了大胆革新。“我们这次研究中最困难的环节就是打印墨水的开发。”宋延林表示。针对上述问题，研究团队创造性地研发出了利用氢键辅助的胶体颗粒墨水，赋予了打印结构高质量的结构色与光子晶体特性。研究团队研发的墨水由三部分组成：实现三维结构构建的光固化单体和光引发剂、保证结构色的纳米颗粒、减少光散射的添加剂。在单体的选择和引发剂合成上，考虑到环保要求，研究团队合成的墨水为水性体系。但由于目前广泛使用的引发剂大多为油溶性，少数水溶性的引发剂又与3D打印所采用的光波波长不匹配，光引发效率较低。为了能够得到较高光引发效率的水溶性引发剂，团队查阅了大量文献并进行了反复的摸索实验，最终成功合成出了水溶性的光引发剂。除了引发剂，光固化单体的选择更加至关重要。宋延林表示，合格的光固化单体必须满足既能实现三维结构化，又不能在打印过程中引起聚合物和纳米颗粒的相分离的条件。论文第一作者张虞表示，“最终我们找到了丙烯酰胺这种适合的单体。”选定单体后，还需确定光固化单体与纳米颗粒的比例。如果光固化单体较少，就会无法打印。反之，如果光固化单体太多，则会影响纳米颗粒的运动和分散，进而影响结构色的质量。团队经过大量实验，对多种不同的比例组合反复尝试，最终确定了最佳比例。最后，为了减少光的散射对打印过程的影响，尽可能地提高打印结构的色彩饱和度，在添加剂的选择上，团队尝试了包括碳纳米管、碳纳米纤维以及黑色墨水等多种材料。但上述材料均存在种种缺陷，研究团队最终将经过特殊处理的炭黑作为添加剂。前景广阔，让结构色“五彩斑斓”在此次研究中，研究团队发现，视角、胶体颗粒粒径以及打印速度等因素都会影响3D结构色的呈现。当胶体颗粒粒径和打印速度不变时，随着视角增加，结构色蓝移，即从橙色转变为黄绿色，最后转变为蓝紫色。这种视角依赖的特性，使得连续数字光处理3D打印技术在个性化珠宝配饰及装饰、艺术创作等领域有着比较广阔的应用前景。除了视角变化会影响结构色的呈现外，当打印速度固定时，控制固定胶体颗粒粒径、调节打印速度，都可以得到覆盖可见光范围的系列结构色。采用顺序切片、依次投影、分段打印的方式，还可使同一物体结构上呈现出多种结构色。除了实现“信手拈来”般地制备结构色，研究团队利用此种连续数字光处理3D打印技术制备出的多种具有光滑内外表面、低光学损耗及颜色选择性的线性光传输和非线性光传输3D结构，也验证了该方法在制造高效光学传输器件方面的独特优势。宋延林表示，未来研究团队会在光子晶体功能器件的制备方面继续进行新的探索。