超硬材料

作为高压研究领域内首屈一指的实验室，吉林大学超硬材料国家重点实验室拥有一大批的科研人才。由于原有的分析设备已无法满足应用需求，他们近期从HORIBA采购了LabRAM HR Evolution新一代高分辨拉曼光谱仪、iHR320/iHR550成像光谱仪，这些仪器将用于高压拉曼方面的研究。 对于高压研究而言，光谱分辨率是一个非常重要的影响因素，此外，DuoScan原位成像、3D成像以及超低波数是非常重要的三个附件，下面我们将逐一了解它们的功能。高光谱分辨率 高光谱分辨率可以获得更准确的谱峰位置，并能区分彼此靠近的谱峰。影响光谱分辨率的因素有光谱仪焦长和光栅刻线密度。光栅的衍射限使它的使用范围有所限制，因此，光谱仪的焦长对于光谱分辨率有着其重要的影响。LabRAM HR Evolution的焦长为800mm，是单级拉曼光谱仪中焦长长的，也就是光谱分辨率高的一款仪器。高压会引起相变或谱峰位置的偏移，研究峰位位移可以定量计算压力的变化。因此，高光谱分辨率对于此类研究非常重要。 下图是研究器件的应力变化，同高压研究类似，它也需要高光谱分辨率来精确定位峰位，获取峰位的微小位移。 微器件的白光图像 所有样品点的拉曼谱图 峰位成像图 半高宽成像图DuoScan原位成像 在高压研究中（如使用高压对顶砧），通常无法通过移动高压台来获取样品成像图。DuoScan原位拉曼成像可以通过移动激光光斑的位置来进行成像，非常适用于此类样品的分析。DuoScan原位扫描原理图图中低温装置较大，不方便移动样品位置。为测试低温台中的双量子点PL成像，我们使用DuoScan原位成像的方法来获取PL分布图【感谢美国University of Arkansas 的Dr Greg Salamo提供数据】3D成像 XYZ三维成像可以帮助研究者获取样品的空间分布。强大的三维旋转、透明度调节、颜色提取以及剖面视图等功能，可帮助用户简单直观地观察不均匀样品的内部化学结构。3D成像：多层薄膜材料分析，右为透视图【感谢英国Intertek的Neil Everall提供数据】超低波数附件 低波数拉曼光谱可以反映一些材料的相变、声子振动。HORIBA超低波数附件可测试低至10cm-1的信号，可一次性测量拉曼/PL光谱范围，并保证高灵敏度。大窗口范围可满足高波数低波数同时测试。Si/Ge超晶格中折叠声学声子的低频正反斯托克斯散射，采用633nm 激光激发相关仪器：LabRam HR Evolution新一代高分辨拉曼光谱仪目前市场上焦长长（达到800mm）、分辨率高的单级拉曼光谱仪，可以实现高度自动化。 查看详情 iHR320/iHR 550成像光谱仪适用于光致发光、拉曼、多通道光谱、等离子发光、可调谐发光、荧光、透射、发射、吸收等光谱测量。查看详情关注我们HORIBA光谱学院：www.horibaopticalschool.com邮箱：info-sci.cn@horiba.com微信二维码：

中国科学报记者王昊昊9月12日从国防科技大学获悉，该校的研究者们提出一种原创性的智能超材料设计方法，实现了金属基材料刚度和形状的大范围、连续、快速调节，具有重要的科学意义和工程应用价值。相关研究作为8月封面文章近日发表于《自然—材料》，并被《自然》评为今年6月全球重要科技进展（全球共4项）。新型力学超材料为智能科技发展带来新思路。受访者供图齿轮簇实现机械性能调节近年来，智能材料广受关注，它是智能装备与结构设计的基础。材料弹性的调节对于智能机器、机器人、飞机和其他系统非常必要。然而，常规材料一旦制备，特性就几乎不能改变，部分材料在高温相变时才能呈现一定的调节性，但不具备工程实际可操作性。“机械/力学超材料是具有超出常规材料力学性能的结构功能材料，为高性能装备设计提供了前沿技术支撑，但传统超材料设计方法依然无法实现稳定连续的参数控制，需要颠覆性设计思维才能突破该瓶颈。”该校智能科学学院振动与噪声控制研究团队带头人、论文共同通讯作者温激鸿表示。“限制力学超材料实现智能化调节的根本原因在于传统超材料的设计都遵循同一种模式，即将梁、杆、板等单功能的承载基元用固定或屈曲结点连接构成确定性拓扑结构，这种模式下，当受到应力、热或电磁场的刺激时，超材料会因为屈曲或旋转铰链而发生重构，从而改变刚度，同时会造成塑性变形且变化不连续，调节过程十分困难。”论文第一作者兼共同通讯作者、研究团队副研究员方鑫说。为解决这个难题，研究团队提出了基于多功能动态基元和易变—牢固耦合模式的智能可编程机械/力学超材料设计范式，设计了系列基于齿轮的智能超材料，突破了宏观与微观、金属基和复合材料基超材料的集成一体化制造和集成驱动技术，实现了金属基材料的大范围、连续、快速调节。通俗地说，该团队设计了一个由齿轮制成的智能材料，它可以根据不同的“命令”，在齿轮旋转时，使坚固的材料变得更坚硬/更柔软或变形。“这是一种前所未有的设计方法。”方鑫表示，可调性能够通过组装具有内置刚度梯度的元件实现。要实现机械性能可调但坚固的固体，需要确保在大作用力下的可调性和强耦合（可靠连接），同时避免在调整时发生塑性变形。“我们发现，这种可变而又强的耦合可以通过齿轮簇实现。”方鑫透露，除了尝试以齿轮作为基元外，团队还尝试过很多其他构型，比如广泛关注的折纸构型、各类弹性屈曲构型、双稳态/多稳态构型，但都无法实现他们想要的这种调控特性。为什么是齿轮簇？“可靠的齿轮啮合可以平稳地传递旋转和沉重的压缩载荷。”方鑫说，刚度梯度可以内置到单独的齿轮体中，也可以通过分层齿轮组件实现。齿轮组可以组装成单元组，而单元做恰当排列就可形成超材料。从太极图中获取内部结构设计灵感既然齿轮是可被利用的元件，那它的内部结构该如何设计？超材料的可调性取决于其内置中空部分的形状。“想要实现可调但坚固的材料，需要确保在大作用力下的可调性和鲁棒可控性，同时避免调谐中塑性变形。”方鑫表示，在众多设计方案中，团队从太极图中获取灵感，最终设计了形似太极图的齿轮，其形状以螺旋方向为特征，可以提供平滑的变化和极性。“太极图的灵感是从中国传统文化中获得的。当时我在用笔构思各种简单大气又有用的形状，脑子里突然闪现《易经》中‘两仪生四象，四象生八卦’这句话，随之就想起了太极图。因为太极的核心思想就是‘变化’，而我们想要的材料特性也是‘变’。”方鑫说，“引入太极理念后，我们设计的构型具有正极性和负极性，提供了一个很好的设计维度。”在此基础上，该团队使用紧密耦合的周期齿轮和两个格子框架（前和后）将齿轮排列成简单的图案，外部形成两个弹性臂，其径向厚度随旋转角度θ平滑变化。在压缩载荷作用下，臂部的变形以弯曲为主。“任何两个啮合齿轮的自转方向都是相反的。正面和背面太极图案的螺旋方向是相反的。因此，一对齿轮的啮合模式有两极。当图案的螺旋方向相反时，极性为正，反之则具有负极性。”方鑫说。为了验证这一构想，团队采用投影显微立体光刻3D打印技术制作了5行6列的太极齿轮组成的集成微型超材料。太极齿轮的直径和齿厚分别为3.6毫米和235微米，最粗的臂为75微米。样品由杨氏模量为3.5GPa的光敏树脂制成。“这种微型试件的等效模量Ey（θ）可以平滑地调整35倍（从8.3MPa到295MPa）。用金属材料制备的样品调节范围则可达到75倍。”方鑫说，这意味着即使是在微尺度上，基于齿轮的集成超材料也可以通过三维打印直接制造。这种集成制造的主要挑战是确保啮合齿不会融合在一起，但仍能有效地参与啮合。旋转变速器行星齿轮即可“变身”该团队设计的第一种超材料仅在压缩载荷下可调。“我们期望找到一种设计方法，使其压缩模量和拉伸模量均可调，同时保持结构完整性。”方鑫介绍，团队探索发现，这可以通过将行星齿轮系统组织为元胞来实现。团队使用行星齿轮簇创建了一个层次分明的超材料，其可调性来自元胞内齿轮的相对旋转。“我们设计的行星齿轮超材料的变刚度来自每个行星齿轮内部。齿轮环产生弹性弯曲变形，其内部的行星齿轮是齿环变形的支点，通过旋转行星齿轮改变齿轮环的位置就可以改变它的变形刚度，从而对超材料参数进行调节。”方鑫说，对于组装的超材料，所有的太阳齿轮通过轴连接到传递转动的齿轮上，这些传动齿轮紧凑地耦合在一起。因此，只需要旋转其中的几个传动齿轮就可以实现对所有元素的重新配置和调节。“有趣的是，我们设计的超材料可在很大的压缩力下保持稳定，并在剪切时显示出较大的刚度。支撑稳定性的因素之一是一种齿轮组的自锁机制，另一因素则是轮齿的咬合力。”方鑫表示。该团队提出了几个可展示齿轮基超材料广泛应用潜力的场景。“对于机器人，可调刚度腿/执行器能够提供高刚度以在行走时稳定支撑重物，低刚度则在跳跃或跑步时提供减震保护。航空发动机挂架系统中需要类似的可调刚度隔离器，以在不同飞行阶段保持最佳性能和效率。”温激鸿表示。“人们还可以通过使用锥齿轮、将平面齿轮组装成分层结构或合成不同类型的齿轮来设想3D超材料，利用集成制造将这些可调特性连接起来，以生产坚固的多用途设备。以微型超材料为例，高分辨率和大规模的3D打印，使基于齿轮的超材料进一步小型化和延伸成为可能。” 方鑫说。《自然》审稿编辑认为，这种基于齿轮的力学超材料是使机器部件实现刚度可调的同时保持结构强稳定的可行途径，比如通过使机器人的结构变软或变硬来更好地适应跳跃和抓取物品等动作。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01269-3

近期，中科院合肥研究院固体所计算物理与量子材料研究部与广东大湾区空天信息研究院、中科院合肥研究院强磁场中心等团队合作，研究了高压下拓扑绝缘体 Sb2Te3 的电子和声子动力学，探索了压力对该材料电声耦合强度、相干声子以及热声子瓶颈等的影响。 相关结果发表在 Physical Review B 上，固体所博士后张凯为论文第一作者，苏付海研究员为通讯作者。超快光谱可以飞秒时间分辨率记录激发态演化过程，进而获得热电子冷却、电声子耦合、相干声子激发等动力学信息；金刚石对顶砧高压技术可连续调控材料的晶格和电子结构，实现不同量子态的抑制或诱导。超快光谱和金刚石对顶砧相结合，对于探寻和理解高压下电子拓扑相变、金属-绝缘体转变等重要物理现象和机制具有重要意义。近年来，固体所计算物理与量子材料研究部研究人员已研制出基于飞秒激光的近红外至太赫兹波段高压超快光谱系统，并利用该技术在石墨烯、砷化镓等材料的热电子动力学压力调控方面取得了一定进展 (Appl. Phys. Lett. 117, 101105 (2020)；Phys. Rev. Lett. 126, 027402 (2021)；Optics Express, 29, 14058 (2021))。在此基础之上，研究团队以经典拓扑绝缘体Sb2Te3为研究对象，着重探究电子拓扑转变过程中的超快动力学效应。借助高压下飞秒泵浦-探测光谱，测量了不同压力下瞬态反射光谱，获得了Sb2Te3的热电子弛豫时间、相干声学声子寿命等参数和压力的关系，并观察到伴随电子拓扑转变的热声子瓶颈压制效应（图1）。结合理论计算，发现其电子能态密度在电子拓扑转变之上迅速增大，从而为热电子和热声子提供更多的弛豫通道，有效提高电声耦合强度，减弱热声子瓶颈效应。由于超快光谱可探测偏离费米面或能带极值点的高能载流子弛豫过程，反映电子和声子结构的色散细节以及高频光学声子相关的电声子耦合，因而高压超快光谱能够清晰直观地表征材料的电子拓扑及晶体结构转变（图2）。该研究首次揭示了高压下Sb2Te3材料在电子拓扑转变及晶格结构相变过程中的非平衡态电子和声子动力学，深化了对该体系材料中电声子相互作用的理解，为高压下拓扑相变探测开辟了新途径。该工作得到了国家青年基金项目、面上项目和基金委国家重大科研仪器研制项目等的支持。文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.195109。 图1. 不同压力下的Sb2Te3的飞秒泵浦-探测反射光谱以及相干声子寿命、快时间、热声子瓶颈效应随压力的变化趋势图2. 不同压力下Sb2Te3的飞秒泵浦-探测反射光谱。

由于其特异的宏微观基元拓扑构型，力学超材料在刚度、韧性、减隔振和热膨胀等性能方面显著优于传统均质材料，受到了航空航天、生物医学、电子电路和土木工程等领域的广泛关注。生物体经过长期进化形成的各类器官，与超材料的概念相契合，即通过多层级微结构实现超常物理力学特性，同时生物器官的微结构基元还呈现出梯度渐变、长程无序等特征。目前，针对力学超材料发展的拓扑优化方法和机器学习设计方法，主要面向周期性结构，对于仿生梯度超材料的逆向设计和优化，缺乏高效率、高保真的计算分析方法。 图1深度神经多网络系统实现多属性胞元的定制总体思路框图近期，来自北京理工大学的研究者们提出了一种加速梯度力学超材料逆向设计的深度学习方法。发展了一种由对抗神经网络(GAN)、性能预测网络(PPN)和结构生成网络(SGN)组成的多重网络深度学习框架，如图1所示，可实现力学性能参数和拓扑构型的快速双向映射。基于此深度学习框架，将各向异性材料杨氏模量、剪切模量和泊松比组成的属性空间，类比于R-G-B色彩空间，进而将梯度力学超材料逆向设计转换为色彩匹配问题。利用HTL树脂3D打印（NanoArch S140，摩方精密）制备了超材料结构样件，采用数字图像相关（DIC）方法验证了逆向设计的有效性。相关成果以“A Deep Learning Approach for Reverse Design of Gradient Mechanical Metamaterials”为题发表在《International Journal of Mechanical Sciences》期刊。图2 周期性超材料的应力应变曲线和泊松比应变曲线，其中左侧插图为3D打印试件，右侧插图为有限元分析模型。（a） 正泊松比结构。（b）零泊松比结构。（c）负泊松比结构；该研究中，首先基于拓扑优化方法得到了不同杨氏模量E、泊松比υ和剪切模量G的超材料胞元，并建立对应的属性空间作为数据样本。随后，基于Keras平台搭建了具备三个卷积解码/编码网络的深度神经网络系统，用于实现结构性能评估、结构补充与结构生成。基于拓扑优化样本实现PPN网络的离线训练，同时结合随机结构训练GAN网络以补充胞元属性空间。最后，基于属性空间扩充后的样本进一步训练SGN网络，对于任意的力学参数目标，均可在0.01秒内给出胞元构型，实现了多属性胞元的快速逆向设计。针对优化设计和网络预测得到的特定属性结构进行3D打印（如图2所示），并开展DIC压缩试验表征了其模量与泊松比，验证了算法的准确性和有效性。 图3 相邻胞元结构连通性的实现：（a）单元边界的定义和连接的分类（具有不同颜色的结构表示不同的属性）；（b）SGN网络调整初始设计；（c）经过网络匹配得到的最终结构。在超材料胞元快速逆向设计的基础上，创新提出了一种结构像素化方法，通过结构的E-υ-G属性与R-G-B通道一一映射，将结构属性数据库转化为像素数据库。首先基于像素匹配的方式生成满足宏观属性需求的初始设计，随后网络系统根据结构的连通性要求进一步优化胞元结构，保证宏观结构的可制造性，如图3所示。研究者们以髋关节假体为例，开展了梯度超材料结构的快速设计。如图4所示，髋关节假体在人体中主要承受非轴向载荷，如果嵌入骨骼中的部分发生弯曲，受到弯曲拉应力作用的一侧，将牵引其上附着的骨组织，诱发组织损伤。模仿实际骨骼的力学属性分布特征，采用神经网络系统在不同位置自动排列模量与泊松比梯度变化的超材料胞元（图5），从而调整了宏观结构的变形模式，使髋关节植入结构的两侧，均保持在压应力状态，解决了假体界面失效的问题。计算模型基于围绕假体的凹槽，用于模拟假体插入骨骼,固定凹槽的底端并在假体的顶部施加非对称压缩载荷。同时他们还建立了一个多材料模型，每个晶胞区域代表一种材料，材料性质与超材料模型中相同位置的晶胞的E-G-υ一致。两种模型的水平位移计算结果如图5f所示，槽左侧的位移为负，而右侧的位移为正，这表明假体两侧的界面被均匀挤压。假体与骨牢固结合，有效防止界面破坏，梯度结构具有完美的连接状态，类似于超材料模型的设计目标。超材料模型和多材料模型的计算结果高度一致，证实了他们提出的超材料设计方法的准确性，这种有效的连接策略在满足增材制造要求的同时实现了与多材料设计相同的性能。图4 人体髋关节假体的受力状态。（从外到内为皮肤、髋骨和假体。假体受到不对称轴向压缩力作用，中间的粉红色区域被选为目标设计区域。） 图5 深度神经网络系统实现梯度模量/泊松比髋关节结构设计：（a）具有生物相似结构的梯度模量分布；（b）受变形模式启发的泊松比分布；（c）叠加后的最终力学性能分布；（d）GSN网络在像素匹配后调整结构；（e）满足目标模量和泊松比设计要求的超材料髋关节结构。（f）模拟假体受载的位移云图，等效多材料模型（上）和超材料模型（下）。

图1 液态金属基微点阵力学超材料( https://doi.org/10.1002/smll.202070252)1991年上映的科幻电影《终结者2》描绘了一个能够随意变形，可自我修复的液态金属机器人T-1000，展现了液态金属应用的无限可能。电影中液态金属机器人是邪恶的化身，在实际应用中，液态金属却大有裨益，特别是在小尺度一些精密的应用上，如神经纤维修复和微型机器人。然而直接暴露的液态金属不易操作，且容易腐蚀其他金属，应用不当会带来不良后果，有鉴于此，香港城市大学“纳米制造实验室”的科研团队正在尝试在微观尺度上“驾驭”液态金属，使得其为未来精密应用，特别是金属力学超材料带来更多新的可能。目前的金属微点阵力学超材料具有超轻、高比强度等特性，在无人机机翼、小微型电子器械等器件上具有很好的应用前景。但是，目前这类力学超材料的韧性较差，且在服役过程中容易脆断失效。为了提高韧性，香港城市大学机械工程学系陆洋教授领导的研究团队开发了液态金属-聚合物微点阵力学超材料。该材料不仅有良好的韧性，而且充分利用低温度范围下液态金属的特性，实现了类似科幻电影中复杂形态液态金属的自我修复功能。该项研究成果发表在国际知名期刊《Small》（https://doi.org/10.1002/smll.202004190）。该团队基于摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印机nanoArch S140打印出中空的聚合物外框，壁厚100-300 μm。采用真空液体填充技术在聚合物薄壳中注入液态金属镓（Ga），首次制备了液态金属-聚合物核壳结构的微点阵力学超材料。该材料具有以下特点：良好的断裂韧性图2液态金属-高分子点阵力学超材料良好的断裂韧性良好的断裂韧性。相比于实心或空心高分子点阵结构，液态金属-高分子点阵力学超材料避免了受压过程中的脆断失效现象。这是由于Ga的存在，阻碍了裂纹在高分子外壳中的扩展，使得该结构在裂纹出现后依然可以承受载荷。形状记忆效应图3 液态金属-高分子点阵力学超材料良好的形状记忆效应 形状记忆效应。得益于Ga较低的固液转变温度（29.7℃），当Ga为固态时，能够完美的保持变形后形状；Ga融化后，该结构又能完美的恢复至原始形貌，表现出形状记忆效应。当采用合理的拓扑结构，该材料被大幅压缩20%后，依然能够完美的恢复。优异的断裂恢复性 图4 液态金属-高分子力学超材料优异的断裂恢复能力 优异的断裂恢复性。即使部分断裂后的液态金属基微点阵结构超材料依然能够基本恢复原始形状，并且能够保持一定的承载性能(≥50%初始强度)。部分断裂的高分子外壳在Ga融化后恢复至原始状态，驱动整体结构恢复至原始形状。综上所述，被3D打印包裹“驾驭”的液态金属核心表现出良好的韧性、形状记忆效应及优异的断裂恢复能力。这种新型的液态金属基微点阵力学超材料有望在生物医疗器械、微电子器件及微型机器人等应用获得巨大的潜力，甚至实现一些以往在《终结者》或者《变形金刚》等科幻电影里才能看到的前沿应用场景。

图1 液态金属基微点阵力学超材料( https://doi.org/10.1002/smll.202070252)1991年上映的科幻电影《终结者2》描绘了一个能够随意变形，可自我修复的液态金属机器人T-1000，展现了液态金属应用的无限可能。电影中液态金属机器人是邪恶的化身，在实际应用中，液态金属却大有裨益，特别是在小尺度一些精密的应用上，如神经纤维修复和微型机器人。然而直接暴露的液态金属不易操作，且容易腐蚀其他金属，应用不当会带来不良后果，有鉴于此，香港城市大学“纳米制造实验室”的科研团队正在尝试在微观尺度上“驾驭”液态金属，使得其为未来精密应用，特别是金属力学超材料带来更多新的可能。目前的金属微点阵力学超材料具有超轻、高比强度等特性，在无人机机翼、小微型电子器械等器件上具有很好的应用前景。但是，目前这类力学超材料的韧性较差，且在服役过程中容易脆断失效。为了提高韧性，香港城市大学机械工程学系陆洋教授领导的研究团队开发了液态金属-聚合物微点阵力学超材料。该材料不仅有良好的韧性，而且充分利用低温度范围下液态金属的特性，实现了类似科幻电影中复杂形态液态金属的自我修复功能。该项研究成果发表在国际知名期刊《Small》（https://doi.org/10.1002/smll.202004190）。该团队基于摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印机nanoArch S140打印出中空的聚合物外框，壁厚100-300 μm。采用真空液体填充技术在聚合物薄壳中注入液态金属镓（Ga），首次制备了液态金属-聚合物核壳结构的微点阵力学超材料。该材料具有以下特点：良好的断裂韧性图2 液态金属-高分子点阵力学超材料良好的断裂韧性良好的断裂韧性。相比于实心或空心高分子点阵结构，液态金属-高分子点阵力学超材料避免了受压过程中的脆断失效现象。这是由于Ga的存在，阻碍了裂纹在高分子外壳中的扩展，使得该结构在裂纹出现后依然可以承受载荷。形状记忆效应图3 液态金属-高分子点阵力学超材料良好的形状记忆效应 形状记忆效应。得益于Ga较低的固液转变温度（29.7℃），当Ga为固态时，能够完美的保持变形后形状；Ga融化后，该结构又能完美的恢复至原始形貌，表现出形状记忆效应。当采用合理的拓扑结构，该材料被大幅压缩20%后，依然能够完美的恢复。优异的断裂恢复性 图4 液态金属-高分子力学超材料优异的断裂恢复能力优异的断裂恢复性。即使部分断裂后的液态金属基微点阵结构超材料依然能够基本恢复原始形状，并且能够保持一定的承载性能(≥50%初始强度)。部分断裂的高分子外壳在Ga融化后恢复至原始状态，驱动整体结构恢复至原始形状。综上所述，被3D打印包裹“驾驭”的液态金属核心表现出良好的韧性、形状记忆效应及优异的断裂恢复能力。这种新型的液态金属基微点阵力学超材料有望在生物医疗器械、微电子器件及微型机器人等应用获得巨大的潜力，甚至实现一些以往在《终结者》或者《变形金刚》等科幻电影里才能看到的前沿应用场景。

超材料（metamaterials）是一种非自然界物质，且无法由化学反应制成，而是在物理实验室中由几何设计制成。物理学家可赋予超材料特殊且想象不到的性质。随着这种材料日益普及，物理学家研发出一套工具箱，可制造出同时具有多种给定特性的材料。（图片来源：阿姆斯特丹大学）此项研究由阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam）的物理学家Aleksi Bossart、David Dykstra、Jop van derLaan和Corentin Coulais领导。采用上述工具箱，这些物理学家创建出一种材料，可在被快速或缓慢压缩时改变其行为。此类新材料可应用于汽车减震器、可承受地震的建筑材料或可调节流量的压力阀。超材料是一种因其几何结构而非化学组成而具有非凡性能的工程材料。其复杂性取决于设计而非构造方式。一旦知道了正确的几何形状，3D打印机就可以制造出该材料。过去几年中，物理学家在设计具有有趣特性的超材料方面变得越来越熟练。例如，设计出非常轻其非常坚硬的材料，或者设计出具有奇怪机械性能的材料，这种材料在压缩时可向侧面收缩，或甚至可充当可编程的变形器，而普通材料仅可以扩展，。尽管操作起来很有难度，但该想法看起来很简单：如果需要一种具有特定特性的材料，那就找物理学家进行设计。但是，如果需要具有两种特殊性能的材料怎么办？如果需要根据情况在两个属性间进行切换怎么办？这些都是人们在寻找可承受地震材料时会遇到的典型问题。如在遇到地震冲击和日常生活中建筑物的微小震动，这种材料需要做出不同的反应。考虑到此类应用，Bossart、Dykstra、Van der Laan和Coulais开始设计一种材料，使其在单一结构中不仅仅只有一种功能，而是具备多种功能。于是他们设法打造出超材料，可根据压缩力的速度在侧面收缩或扩展。施加压力时，所有孔会一起变形，但是缓慢施加压力时与快速施加压力时，该变形会有所不同。

2021年中国材料大会于7月8-12日在美丽的“鹭岛”——厦门举办，今年材料大会的参会人数再攀新高，总人数超过了12000人，可谓是材料界在2020年疫情过后的一场盛会。中国材料大会2021“中国材料大会”是中国材料研究学会的最重要的系列会议，每年举办一次。（2020年由于疫情取消）大会宗旨是为我国从事新材料科学研究、开发和产业化的专家、学者、教授、科技工作者、政府有关的管理部门和领导、企业家及其它相关人员搭建一个交流平台，交流和共享材料研究的最新成果，达到互相促进共同提高的目的，并提高新材料在我国国民经济和社会发展中的地位和作用。本届材料大会除了大会报告外，共设置了53个分会场，报告主题涵盖了能源转换与存储材料、热电材料、核材料、太阳能材料与器件、油气田材料、氢能与燃料电池关键材料、光催化材料、生态环境材料、环境工程材料、资源材料、金属/合金及金属基复合材料、空间材料科学技术、高温结构材料、先进无机材料、纳米/异构和梯度材料、 超材料与多功能材料、多铁性材料、极端条件材料、功能分子材料、先进微电子与光电子材料、生物医用材料、高分子材料、超导材料、纳米与磁光电功能材料、水凝胶材料、碳点功能材料、矿物功能材料、先进电子与智能传感功能材料、石墨烯、液态金属材料、医药智能材料、多尺度光电材料及器件、增材制造材料、超声材料及材料界面/表面分析与表征等。出席本次大会的两院院士共26人，它们分别是中国科学院成会明院士、郭万林院士、江雷院士、刘云圻院士、蒙大桥院士、田中群院士、魏炳波院士、魏悦广院士、王中林院士、于吉红院士、俞书宏院士、张锦院士、朱美芳院士、张统一院士、邹志刚院士；以及中国工程院丁文江院士、干勇院士、蹇锡高院士、蒋士成院士、李元元院士、聂祚仁院士、王琪院士、王迎军院士、王玉忠院士、谢建新院士、张平祥院士。出席本次大会的中国材料研究学会现任领导，分别是丁文江、韩高荣、李元元、聂祚仁、王近军、魏炳波、谢建新、姚燕、张平祥、周科朝、周少雄、朱美芳。大会报告开始前，颁发了中国材料研究学会科学技术奖，由中国材料研究学会副理事长、中南大学副校长周科朝宣读了获奖人员名单，分别授予中国材料研究学会科学技术奖一等奖6个、二等奖7个。低维半导体材料及其复合结构的电子性能调控、生物可降解材料的性能调控及新型器件研究、国产高品质聚乳酸及其纤维全产业链高值化开发与应用、宽动态响应高耦合效率微通道板及其应用、新型多元稀土掺杂高温热障防护涂层材料及其应用技术研究、高效炭载钯系催化材料的设计制备及其在精细化工的应用获中国材料研究学会科学技术奖一等奖。中国材料研究学会科学技术奖一等奖颁奖现场大晶格失配度下的非外延生长方法及其应用、低成本高性能电催化剂体系设计与应用、高含酸性介质油气藏耐蚀固井水泥浆体系研发与应用、原位韧性固井水泥基材料研发与应用、航空发动机全钛部件用阻燃可磨耗多功能封严涂层、建筑室内电磁辐射污染控制关键技术及规模化应用、空间基础设施用薄膜材料评价技术及国产化开发与应用获中国材料研究学会科学技术奖二等奖。中国材料研究学会科学技术奖二等奖颁奖现场随后，大会报告正式开始，共有5位专家分别作大会报告：中国工程院院士、中国工程院前副院长、中国新材料产业发展专家指导委员会主任 干勇报告题目：《高端制造与新材料产业发展战略》国家自然科学基金委员会副主任 高瑞平报告题目：《加强材料科学基础研究 为科技自立自强做贡献》北京科技大学副校长 吕昭平报告题目：《主动融入“科创中国”建设 促进材料领域产学研深度融合》中国工程院院士 张平祥报告题目：《强电用超导材料及其应用》中国科学院院士 朱美芳报告题目：《高性能与多功能纤维材料》大会报告现场墙报展区中国材料大会同期还举办了第13届国际材质分析、实验室设备及质量控制博览会（简称Ciamite 2021），这是我国规模最大、专业性水平最高的材料科研领域行业盛会，本届博览会云集了上百家材料领域知名的科学仪器厂商。Ciamite2021奥林巴斯、布鲁克、岛津、卡尔蔡司、徕卡、珀金埃尔默、日本电子、日立、赛默飞、HORIBA、奥普天成、百实创、彼奥德、大龙、飞驰、耐驰、德国元素、飞时曼、弗尔德、复纳、格瑞德曼、国仪量子、净信、科晶联盟、莱伯泰科、林赛斯、米开罗那、欧波同、三思纵横、上海一恒、天津中环、天氏欧森、中科科仪、Gamry、IVIUM、KRUSS等悉数亮相，现场人流涌动，气氛火爆。部分著名科学仪器展商仪器信息网也在Ciamite 2021设立了展位。（展位号C19）仪器信息网展位编辑评议：2021年的中国材料大会盛况空前，虽然2020年由于疫情的影响而停办，但显然阻挡不了材料学界对于新材料研究和交流探讨的热情。改革开放以来，尽管我国基础研究发展迅速，队伍规模跃居世界第一，在重大科学前沿领域取得突破，国际影响力不断提升，但是和世界科技强国的目标还有一定的差距。当前，以信息技术、新能源、智能制造为代表的新兴产业发展对于材料提出了更高的要求，然而我国新材料供给难以支撑新的发展格局。新材料作为国家间斗争的新手段，已经对我国产业安全和科技安全造成巨大威胁。因此，当前材料前沿研究应该面向国家发展战略，以国家政策为导向发展关键材料，坚持自主创新，避免我们在关键制造领域、典型装备及重要零部件、主干新材料和先进基础材料等方面被“卡脖子”。正如习总书记所说：“我们迎来了世界新一轮科技革命和产业变革同我国转变发展方式的历史性交汇期，既面临着千载难逢的历史机遇，又面临着差距拉大的严峻挑战。”

激光享有“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”等美誉，是20世纪最伟大的发明之一。超快激光作为激光领域重要的研究方向，一直是国际科技关注的研究重点，也是推动基础科学实现重大突破、驱动战略性新兴产业发展的动力源泉。10月26日，超快激光应用发展大会在东莞松山湖材料实验室新园区开幕。大会邀请近500名行业知名院士专家、企业代表，以技术交流、产业论坛、需求对接、项目路演等形式，共同探讨超快激光技术发展趋势、技术应用及前沿进展，展示我国超快激光领域优秀成果案例，加强超快激光政产学研用深度合作，推动超快激光产业高质量发展，助力制造强国、质量强国建设。本次活动由中国光学工程学会主办，东莞松山湖高新区管委会、中国光学工程学会激光技术及应用专业委员会、中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室承办。英国皇家工程院院士、中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光极端制造研究中心主任李琳，中国科学院院士、松山湖材料实验室主任汪卫华，中国光学工程学会秘书长赵雪燕，东莞市委副书记、松山湖党工委书记刘炜，中国科学院西安分院院长赵卫，华南师范大学党委常委、副校长杨中民等领导嘉宾出席活动。国内首台先进阿秒激光设施筹建中，助推未来新质生产力加速生成超快激光兼具超短时间和高峰值功率特点，随着我国制造强国、质量强国战略的贯彻实施，超快激光已成为微加工领域的重要手段，正加速推动中国制造制造业实现转型升级。“今年的诺贝尔物理学奖颁给了阿秒激光领域的科学家，充分体现超快激光科学技术领域的重要位置。”开幕式上，大会主席、中国科学院院士王立军在视频致辞中表示，以皮秒、阿秒为代表的超快激光器，在新一代信息技术、增材制造、航空航天、海洋环境以及新能源汽车、新材料、生物医药等领域拥有广泛应用前景。在此背景下，首届超快激光应用发展大会迎运而生。王立军表示，希望与会嘉宾以此次大会为契机，聚焦超快激光技术发展，深化交流对接，推进务实合作。东莞作为海内外闻名的制造业城市，拥有超21万家工业企业、1.3万家规上工业企业、79家上市企业和3家千亿企业组成的先进制造体系，初步形成了激光与增材制造材料、激光器、整机装备、公共服务平台等协调发展的激光产业链，在超快激光的应用上有着非常广阔的前景。东莞市委副书记、松山湖党工委书记刘炜表示，松山湖科学城作为大湾区综合性国家科学中心先行启动区，是引领东莞高质量发展的核心引擎，当前集聚了中国散裂中子源等国家大科学装置、松山湖材料实验室等30家科研平台及新型研发机构、大湾区大学（筹）等6所高校以及华为、生益科技等一批龙头企业，初步构建起全链条、全过程、全要素的创新生态体系。“期待与各位科技大咖、产业专家一起，深入探讨超快激光的发展之路，推动更多科技成果、优质项目在东莞、在松山湖科学城落地。”“可以说，超快超强激光是拓展人类认知的重要工具之一，在某些方面甚至是独一无二、不可替代的研究手段。”中国科学院院士、松山湖材料实验室主任汪卫华表示，作为当前国际科技最重要的前沿方向之一，超快科学为解决室温超导材料制造、超高速计算，以及信息传输等关乎国家重大需求所涉及的底层共性科学问题提供了强大助力，也是未来形成新质生产力的关键。汪卫华表示，松山湖材料实验室将联合中国科学院物理所、西安光机所共建国内第一台先进阿秒激光设施，其中8条束线建设任务将落地东莞。目前松山湖材料实验室已组建了阿秒科学中心，引入了首席科学家魏志义，集聚了一大批国内外优秀的研究员和工程师，希望将来实验室能建成一个超快物质科学的研究中心，依托周边中国散裂中子源等大装置，在能源材料、信息材料等领域做出国际一流的成绩。超快激光产业链领军人物汇聚，数十场报告共论激光技术与产业新趋势近年来，随着全球加工行业精细化程度的不断提升以及我国制造业转型升级，超快激光凭借其精度高、热效应低等优势，在3C产业、增材制造、精准医疗、微纳加工、超快检测等领域拥有广阔的应用前景。大会报告环节，英国皇家工程院院士、中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光极端制造研究中心主任李琳，中国科学院物理研究所研究员、松山湖材料实验室首席科学家魏志义，深圳技术大学教授唐定远，北京大学物理学院副院长、核物理与核技术国家重点实验室副主任颜学庆，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员胡丽丽等业内专家，分别从飞秒激光纵波红外远场超衍射极限纳米加工探讨、超快激光科学研究对高新技术产业应用和大科学设施建设的推动、激光等离子体加速器应用与展望，应用于超快激光系统的玻璃及光纤材料研究等不同领域做主题报告，对超快激光发展与应用的若干热点课题进行了分享交流。本次大会作为业内重量级交流活动，吸引了来自全国近百所知名科研院所及高校的专家学者、近30家业内知名企业代表参加，超快激光产业链领军人物汇聚，覆盖激光产业政产学研金服用全领域。“目前国际激光加工产业应用中国做的是最好的，全球市场占比约30%，其中大湾区集聚了很多头部的激光上下游企业，为支撑我国激光制造和应用起到了很大的作用。”李琳院士是国际激光加工领域知名专家，除在大会上做主题报告外，他特别关注超快激光应用层面的新技术、新原理，以及包括激光器在内的工具层面的发展。“这次来参会很多还都是物理领域的科学家及工艺工程师，从激光光源以及激光关键器件、激光加工，激光测量以及其他科学研究，都有很多讨论。”李琳表示，此次500多人的参会规模也说明我国在这个研究领域非常活跃。另一方面，李琳对筹建中的先进阿秒激光大科学装置也非常期待。“这个装置未来对超快光学、超快物理、超快化学、超快工程学都会有很重要的促进作用，能够让全国各个大专院校，科研院所及企业申请使用这一国际上最先进的科学装置，我们也期待它早日建成，为科学进步起到推进作用。”“这次大会我实际是来学习取经，希望能在超快激光赛道上走得更远。”参会企业广东大族粤铭激光集团股份有限公司，是东莞本土成长起来的知名激光企业，该公司董事、总经理卓劲松表示，公司非常重视新技术研发，坚持每年以不低于销售收入10%的研发经费投入到产品研发中。他希望东莞的政府、企业、学校科研院所可以联动呼应，打造高端制造业的产业基础、人才支撑、学术氛围，互相联合进行产学研一体输出，更快推动超快激光产业大步向前。接下来两天时间内，大会还将围绕超快激光技术与产业两大专题，先后开展超20场专题研讨或主题报告，共同探讨新形势下的前瞻思想、创新成果，以及资本、技术、市场如何促进激光产业发展等关注热点。与此同时，大会多措并举共助成果转化落地，邀请各级产业链头部企业、重点科研团队、高校研究所等，集中展示优秀科技成果、应用案例，现场还将进行多场技术交流、项目路演、人才招聘、对接洽谈等活动。

超材料是指一类具有天然材料所不具备的超常物理特性的人造复合结构。其优异性能来自人工结构，而不是材料本身。超材料突破了传统的设计原则，通过物理尺度上的有序结构设计获得了优异的性能。超材料的优异性能引起了各个领域的关注，促使其在广泛应用于隐形斗篷、零折射率材料、等离子传感器、能量收集器等领域。近期，来自南方科技大学的汪宏教授团队以超材料为模板设计了一种陶瓷-聚合物复合材料。该团队首先利用高精度3D打印实现了超材料模板，再通过溶胶-凝胶牺牲模板法制备出了无铅压电陶瓷骨架，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）浇筑在陶瓷骨架上形成了一种独特的三维互连的压电陶瓷-聚合物复合材料。这种压电超材料具有高机电响应和力学灵活性。这种三维互连结构的复合材料在人体运动监测、人造肌肉和皮肤中作为传感和自发电器件具有潜在的应用。相关成果以“Lead-free piezoelectric composite based on a metamaterial for electromechanical energy conversion”为题发表在《Advanced Materials Technologies》期刊上。该研究使用面投影微立体光刻技术(nanoArch S140，摩方精密) 打印树脂结构，并以该结构作为超材料模板。超材料模板尺寸：40 mm×40 mm×10 mm，打印层厚设置为10 μm，并通过最小微单元晶格调控实现定制化打印。随后通过模板法制备无铅压电陶瓷骨架：为了使模板表面附着更多的钛酸钡溶胶，该团队设计通过表面处理法使模板表面吸附一层厚厚的聚多巴胺层，之后将附着聚多巴胺的超材料浸泡在钛酸钡溶胶中一段时间再取出，最后经过风干—熟化—煅烧的处理获得最终的陶瓷骨架。 用聚二氧机硅氧烷封装无铅压电陶瓷骨架，得到了一种具有超材料结构的压电复合材料。钛酸钡超材料-PDMS复合材料拥有良好的力学特性，在相同钛酸钡体积下其压电极化程度也比无序混乱分布的钛酸钡-PDMS复合材料高许多。钛酸钡超材料-PDMS复合材料具有高灵敏度，可以应用于不同的传感器，如运动计步、重量感应和心跳监测等。我们相信，这项研究将为开发用于能量采集器、传感器和人造皮肤等机电设备的高性能柔性材料提供了一种新策略。 图1 面投影微立体光刻技术示意图 图2 面投影微立体光刻技术打印树脂结构作为超材料模板 图3 面投影微立体光刻技术打印的超材料表面附着聚多巴胺层的制备 图4 溶胶—凝胶法制备超材料骨架及PDMS封装制备压电复合材料 图5 钛酸钡超材料-PDMS复合材料的压电性能测试 图6 钛酸钡超材料-PDMS复合材料应用于可穿戴装置 图7 钛酸钡超材料-PDMS复合材料应用于能量收集

据人民日报等报道，10月29日下午，中国科学院文献情报中心与汤森路透旗下的知识产权与科技事业部在京共同发布《2015研究前沿》报告，甄选出了2015年的100个热点研究前沿和49个新兴研究前沿，并通过进一步分析，归纳了可能代表国际基础科学的重大前沿突破以及当今若干重大问题的解决及发展途径的若干研究前沿群。根据报告，希格斯玻色子观测，RNA病毒所致流行性疾病，新型电池，恶性肿瘤疾病，宇宙是如何起源和演化的，气候变化的影响因素及其环境响应，植物抗逆性以及经济危机与失业对公众健康、自杀率和死亡率的影响等方面的研究非常活跃。在生物科学领域的热点前沿“新型H7N9禽源流感病毒的传播与致病机理”中，中国学者发挥了重要的作用。据悉，中国科学院文献情报中心于2011年与汤森路透（Thomson Reuters）联合共建新兴技术未来分析联合研究中心，此次合作发布的《2015研究前沿》报告延续了汤森路透发布的《2013研究前沿》报告和联合研究中心发布的《2014研究前沿》报告的分析思路和方法，基于汤森路透的Essential Science Indicators (ESI) 数据库中的1万多个研究前沿，甄选出了2015年的100个热点研究前沿和49个新兴研究前沿，对这些前沿进行详细解读和分析。另外，与《2014研究前沿》报告不同，今年的报告增加了对149个前沿的国家表现的分析，以高度概括的视角对美国、英国、德国、中国和日本等国在149个前沿的基础贡献水平和潜在发展水平进行了评估描述。报告通过同学科同年度中根据被引频次排在前1%的高被引论文（核心论文）来代表当前热点内容，根据各国作者入选热点前沿和新兴前沿中的核心论文数量来反映各国在各个领域的前沿贡献度。从数据看，美国在143个前沿（占149个前沿的96%，下同）都有核心论文入选，且在108个前沿的核心论文数都排名第一（72.5%）；英国、德国和日本分别在120个（80.5%）、106个（71.1%）和82个前沿（55%）有核心论文入选；中国在82个前沿（55%）有核心论文入选，在16个前沿的核心论文数为第一名（10.7%），超过英国的10个（6.7%）、德国的8个（5.4%）和日本的2个（1.3%），这显示中国具有较强的前沿贡献度，在某些重要前沿跻身世界先进行列。由于美国核心论文数第1的前沿数占多数，各国在前3名的竞争更反映了各国在这些前沿中的竞争能力。报告也注意到，中国有38个前沿进入核心论文数前三名（25.5%），美国、英国、德国和日本分别有133个（89、3%）、68个（45.6%）、55个（36.9%）和29个（19.5%）。中国在核心论文数排名第一的16个前沿分别来自化学与材料科学领域，物理领域，数学、计算机科学和工程领域，农业、植物学和动物学领域，生物科学领域和地球科学领域这6个领域。其中，在化学与材料科学领域，中国在前沿的贡献度超过美国。在该领域19个前沿中，中国在9个前沿中核心论文数排名第一，美国有7个。中国科学院科技战略咨询研究院执行副院长、研究员张晓林介绍：“从报告数据看，中国在临床医学、天文学等领域占领的前沿还比较少，在这些领域里我们跟踪研究的力度还不够，希望今后能看到更多的前沿中有我们的参与度。当然，这个报告基于论文发表的数据进行分析，肯定会有局限性，比如可能会更侧重基础研究领域，而对发表论文较少的应用科学领域则覆盖不全。但在当前大数据和海量文献的环境下，通过这种计量学分析方法进行研究也给我们提供了一种角度，对我国把握今后科技发展趋势有所帮助。”中国高校的材料化学实验（资料图）今年高大上的前沿热点报告显示，CRISPR/cas基因组编辑技术继成为《2014研究前沿》重点新兴前沿后，在《2015研究前沿》中与之相关的3个前沿入选为热点前沿和新兴前沿。其中，“CRISPR/cas9系统免疫机制及其在基因组编辑的应用”成为该领域2015年度的重点热点前沿，而且新兴前沿“CRISPR/cas9系统的分子机理研究”和“CRISPR/cas9系统在人类细胞研究中的应用”也分别关注了CRISPR/cas9系统的运行机制及其在加速基因挖掘中的作用。生物科学领域的另外一个前沿群是RNA病毒所致流行性疾病，相关研究包括2个热点前沿“新型H7N9禽源流感病毒的传播与致病机理”和“中东呼吸综合征冠状病毒的分离、特征与传播”。在热点前沿“新型H7N9禽源流感病毒的传播与致病机理”中，中国学者发挥了重要的作用。物理学领域中，出现“希格斯玻色子”和“中微子”2个重大前沿突破的前沿群，其中“希格斯玻色子”前沿群包括4个前沿，从2014年的“希格斯玻色子观测”扩展到3个相关前沿：热点前沿“希格斯粒子质量为近125 GeV下的超对称模型研究”和两个新兴前沿“希格斯粒子发现后标准模型的扩充研究”、“希格斯粒子发现后的双希格斯二重态模型研究”。《2014研究前沿》中“中微子振荡数据的全局分析”是热点前沿，2015年在中微子方面新出现了热点前沿“基于混合角 13最新结果的中微子振荡研究”和新兴前沿“冰立方的高能中微子观测及其起源研究”。在化学领域中，5个前沿组成的“新型电池研究”前沿群，分别关注太阳能电池、锂电池、光伏电池的相关研究。此外，关于荧光现象的研究占据了化学领域10个热点前沿中的三席，包括“用于活体成像硫化氢分子的荧光探针”、“过渡金属化合物用于荧光探测生化分子”和“用于白光LED的荧光粉”。植物抗逆性的研究占据了农业、植物和动物学领域研究的8个热点前沿，组成了“植物应对生物和非生物胁迫的分子机制和调控”前沿群。在生态与环境科学领域中，11个研究前沿形成了2个前沿群，“资源开发和利用对环境和健康的影响”前沿群（包括5个前沿）和“生物多样性遗传、形成和维持机制研究”前沿群（包括6个前沿）。在地球科学领域中出现1个前沿群，其中6个前沿构成“气候变化的影响因素及其环境响应”前沿群。该领域的“中国华北克拉通的变形历史研究”连续出现在《2014研究前沿》和《2015研究前沿》报告遴选出的热点前沿队列中，而且它是中国科学家特别关注的研究前沿。在数学、计算机科学与工程领域，《2014研究前沿》中“基于粒子群算法的搜索优化”是当年最年轻的热点前沿，今年“粒子群优化与差分进化算法”和“忆阻器、忆阻电路及忆阻神经网络的相关研究”入选今年重点热点前沿。医学领域中的重点热点前沿“新型口服抗凝药防治症状性静脉血栓栓塞”和“激酶抑制剂治疗B细胞淋巴瘤”均聚焦于新型药物替代常规方法治疗疾病，“激酶抑制剂治疗B细胞淋巴瘤”热点前沿致力于致命血癌的治疗。在2015年天文学与天体物理领域排名前10的热点前沿中，有9个前沿聚焦于“宇宙是如何起源和演化的”，研究对象和主题涉及超新星、高红移星系、系外行星、伽玛射线暴、暗能量、恒星形成与演化等。值得注意的是，排名前10的研究前沿多与具体的空间探测卫星任务直接相关，展示出本领域研究前沿热点强烈依赖空间任务平台的学科特色。社会热点问题和交叉学科研究成为经济学、心理学以及其他社会科学领域TOP10研究前沿的核心，例如“亚马逊的土耳其机器人与在线调研与实验研究”、“经济危机与失业对公众健康、自杀率和死亡率的影响”、“二手烟对健康的影响以及无烟立法的效应”等。更多精彩，扫描下面二维码“MOLBASE”关注。

一种既坚硬又善于吸振的新材料。图片来源：物理学家组织网科技日报北京6月6日电 （记者刘霞）材料的某些特征通常是相互排斥的：大部分材料要么很坚硬，要么可以很好地吸收振动，但很少有材料兼而有之。在一项最新研究中，荷兰科学家制造出了一种新型材料，既坚硬又擅长吸收振动，而且还很轻，可广泛应用于从纳米级设计到航空航天工程等多领域。相关研究论文已刊发于最新一期《先进材料》杂志。论文作者、阿姆斯特丹大学的戴维戴克斯特拉解释说，他们取得突破的诀窍是使用弯曲的材料，比如薄金属板。当以巧妙的方式组装在一起时，由这种弯曲的金属板制成的结构可以很好地吸收振动，同时也能保持材料的硬度。此外，板不需要很厚，因此材料可以保持相对“轻盈”。研究人员目前已经深入研究了这些弯曲材料的特性，发现它们都兼具一定程度的坚硬度和吸振能力。戴克斯特拉强调，由于已知材料不具有这种性能组合，新材料（或超材料）将有着广泛的应用：航空航天、汽车和许多其他民用领域，以及显微镜或纳米光刻等微观领域。

【研究背景】二维（2D）范德华（vdW）层状材料是制造具有新特性的人工结构的理想平台，因其在电子器件、光电子学和量子计算等领域的潜在应用而备受关注。与传统的三维材料相比，这些材料具有轻质、高表面积和灵活性等优点。然而，在制造过程中，控制层间的扭转角度仍然是一个挑战，这直接影响了材料的性能和可调性。为了解决这一问题，美国威斯康星大学麦迪逊分校金松教授（通讯作者）的研究小组在二维材料的生长研究中取得了新进展。该团队提出了一种在非欧几里得表面上生长层状材料的通用模型，该模型基于螺旋位错的生长机制，实现了连续扭曲的多层超结构的构建。通过在纳米颗粒上生长超扭曲的二硫化钨（WS₂ ）和二硒化钨（WSe₂ ），他们成功获取了层间几何扭转与晶格扭转一致的现象，从而在原子层之间形成了莫尔超晶格。利用这一模型，该研究显著提高了所生长材料的性能，特别是在电子状态的调控和量子现象的实现方面。这项研究为二维材料的合成与应用提供了新的思路和方法，有望推动未来在超导、激子和调节Mott绝缘体等领域的进一步探索。【表征解读】本文通过扫描透射电子显微镜（STEM）等表征手段，深入探讨了非欧几里德扭曲超结构的特征，揭示了该超结构在层状材料生长中的重要性。研究发现，通过引入纳米颗粒作为凸起特征，可以在平面基底上生成连续扭曲的超结构，从而实现对层状材料如WS₂ 和WSe₂ 的调控。通过对这些现象的观察，进一步理解了其微观机制。针对超扭曲螺旋的形成现象，本文利用原子力显微镜（AFM）对不同层数的超扭曲螺旋进行了详细的表征，获得了每一层之间的扭转角度，并观察到扭曲角度在层数上呈线性增加的趋势。这一结果不仅验证了理论模型的预测，还为调控材料的力学和光学性能提供了依据。通过这种微观机理的表征，深入挖掘了超扭曲结构与基底形态之间的关系，揭示了其对材料特性的影响。此外，利用高角度环形暗场成像（HAADF）技术，本文观察到在扭曲超结构中形成的莫尔条纹，进一步证明了层与层之间的相对旋转。通过对PACBED数据集的分析，获得了与层数相关的扭转角度，并发现其与形态学测量结果高度相关。这些结果突出了层状材料在非欧几里德表面上的生长特性，为理解层状材料的光电性能奠定了基础。综上所述，通过STEM、AFM和HAADF等多种表征手段，深入分析了非欧几里德扭曲超结构的生长机制及其特征。研究显示，基于这种新型扭曲超结构的层状材料具有优异的性能，为未来开发新型光电器件提供了新的材料平台。【图文速递】图1：在欧几里得和非欧几里得表面上的三角螺旋位错说明扭曲过程。图2：在非欧几里得表面上的超扭曲螺旋的仿真和实验演示。图3：扭曲WS2螺旋的扭转角演变。图4：非欧几里得扭曲上部结构的STEM表征。【科学启迪】本文通过提出一种在非欧几里得表面上生长层状材料的模型，为二维材料的生长提供了新的视角与方法。这一研究揭示了螺旋位错的生长机制在构建连续扭曲的多层超结构中的重要性，表明通过控制生长条件可以实现层间的几何扭转。这种新型的生长方式不仅打破了传统在平坦基底上生长的局限，也为探索新型量子现象提供了平台。尤其是在实现超扭曲的二硫化钨（WS₂ ）和二硒化钨（WSe₂ ）等材料时，实验结果显示出晶体格扭转与几何扭转的高度一致性，这为开发新型莫尔超晶格材料奠定了基础。未来，基于这一研究，科学家们可以进一步探讨非欧几里得几何对其他材料生长的影响，拓宽二维材料的应用前景，并为量子计算、光电子学等领域的发展提供新思路。这一研究不仅是材料科学领域的一次突破，也为深入理解材料的生长机制与性质提供了新的研究方向。参考文献：Yuzhou Zhao et al. ,Supertwisted spirals of layered materials enabled by growth on non-Euclidean surfaces.Science370,442-445(2020).DOI:10.1126/science.abc4284

【研究背景】光诱导相变是量子材料领域中的重要现象，因其能够在超快时间尺度上通过外部刺激实现材料性质的可逆调控，成为了研究热点。然而，这一过程存在着相位异质性和竞争问题，特别是在极化超结构的形成和稳定性方面尚存诸多挑战。有鉴于此，美国阿贡国家实验室John W. Freeland研究员、宾夕法尼亚州立大学Venkatraman Gopalan教授、阿贡国家实验室Wen Haidan研究员团队合作结合动态介观理论，提出了一种新的范式，通过控制光的特性来生成新的亚稳态极化超结构。在该研究中，使用单次激发的光泵浦和超快X射线衍射测量方法，分析了(PbTiO3)16/(SrTiO3)16超晶格在外部光激发下的相变过程，并利用高时间分辨率探测技术详细揭示了极化和结构演化的动力学过程。结果表明，通过调控光的特性，可以在未探索的非平衡态中驱动相位异质性进入新的功能状态，展示了利用光调控量子材料中的相位竞争来获得新型功能的巨大潜力。【仪器亮点】本文通过结合动态中尺度理论，利用光特性在异质结构中的控制，首次研发了一个新型仪器，能够生成未发现的亚稳极性超纹理。这一创新为理解相异质性和竞争提供了新思路，揭示了在外部刺激下设计异质相的潜力及其相互竞争和合作的机制。具体来说，本文针对极性相的调控现象，通过单次光泵浦与超快X射线衍射测量的分析，获得了相变过程中的重要信息，揭示了光诱导相转变在超快时间尺度上的新特性。在这一过程中，研究人员使用了SPring-8和Linac Coherent Light Source（LCLS）的XFEL和X射线泵浦-探针技术，成功捕捉了在激光脉冲照射下样品相变的瞬时状态。这一系列先进的测量手段，不仅允许对样品的相变过程进行实时观察，还为探索量子材料中相异质性开辟了新的途径。在此基础上，通过光泵浦与X射线衍射的结合，本文着重研究了光与物质之间的相互作用如何驱动极性有序及其动态变化。这一新颖的仪器使得对相的非平衡路径下的新功能进行深入研究成为可能，尤其是在超快时间尺度上，激发了对新兴电子和磁性相的探索。研究结果显示，光的作用可以在量子材料中产生前所未有的相变现象，从而为设计新型材料和器件提供了新的理论依据和技术路径。对VSC形成的非易失性动力学的单次探测。【结论展望】本文的研究揭示了通过控制光的特性，可以在异质结构中生成未知的亚稳态极性超纹理。这一发现不仅拓宽了对相变和相竞争的理解，还为设计具有特殊功能的异质相提供了新的可能性。研究中利用单次光泵浦和超快X射线衍射等先进技术，探讨了相干光和物质之间的耦合方式，展示了光如何在超快时间尺度上增强有序性，打破了传统的相互作用机制。此外，本文还强调了相位异质性在量子材料中的普遍性，以及如何通过非平衡途径探索未开发的状态。这种方法有望推动电子和磁性相的涌现，激发出丰富的功能。通过相场模拟，研究者模拟了光激发过程中样品的结构、载流子和温度演变，为理解相变过程提供了更深入的见解。总的来说，这项研究不仅为新型材料的设计与应用提供了理论基础，也为探索光与物质相互作用的潜在机制开辟了新的研究方向。文献信息：Stoica, V.A., Yang, T., Das, S. et al. Non-equilibrium pathways to emergent polar supertextures. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01981-2

北京时间2021年11月25日凌晨00时，吉林大学刘冰冰教授团队在国际顶级学术期刊Nature上发表了题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”的新成果。课题组采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术，利用C60碳笼压致塌缩形成的“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，探索了其在20-37 GPa压力范围内的温压反应相图，首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。寻找新型碳材料一直是材料领域的前沿科学问题。作为自然界中最丰富的元素之一，碳具有多种杂化成键方式，形成的碳材料结构丰富、性质迥异，应用也极为广泛，因此，几乎每一种新碳材料的发现都引发了研究热潮。从材料形态和原子排列的有序度分类，碳材料可分为长程有序的晶态碳以及无序的非晶碳。石墨和金刚石就是典型的碳晶体，分别由碳原子通过全sp2成键和全sp3成键形成。正是由于碳原子杂化方式不同，金刚石与柔软的石墨性质差异极大。全sp3键的金刚石不仅硬度最高，还是集高热导、宽透光频带、宽禁带等多种优异性能于一体的多功能材料，被称为“工业牙齿”。而非晶碳材料，目前主要是以sp2键为主形成的无定型碳，具有与石墨相似的柔软、导电等特性。然而，合成与金刚石结构、性质相对应的，由全sp3键形成的非晶碳块体材料却一直未能实现，是碳材料领域长期未能突破的科学难题。近年来，非晶材料因展现出如各向同性等不同于晶态材料的显著特点，越来越受到人们的关注。探索新型非晶材料，建立结构与物性之间的关联，是非晶材料领域的重要课题。全sp3非晶碳块体材料的合成对非晶材料领域也具有重要意义。高压可以有效调控碳的杂化成键方式，是合成新型碳材料的重要技术手段。人造金刚石的合成就是利用高温高压大腔体技术实现的。为了实现全sp3非晶碳块体材料的合成，刘冰冰课题组基于对富勒烯C60高压研究的长期积累，提出了采用大腔体超高压技术，利用C60碳笼压致塌缩形成“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，在更高温压区间反应合成全sp3碳块体非晶材料的研究思路。然而商用大腔体压机的压力极限只有25万大气压，难以满足对新材料高压研究的要求。因此，突破商用大腔体压机的压力极限，发展更高温压范围的大腔体压机技术至关重要。如何解决超高压与大腔体二者技术要求的矛盾，是问题的关键所在, 也是国际公认的技术难点。课题组近年来潜心攻关，首次利用国产的硬质合金压砧突破了商用Walker型大腔体压机的压力极限，发展了大腔体压机毫米级样品腔超高压产生的关键技术，在高温条件下实现了高达37万大气压的超高压力【Chin. Phys. Lett.2020, 37, 080701】，并借此技术首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。相关重要结果如下：1)首次实现了近全sp3非晶碳块体材料的合成：首次给出富勒烯C60在高温超高压区间（20-37 GPa）的反应相图，在苛刻的温压条件下，合成出了高质量、毫米级、透明的近全sp3非晶碳，sp3碳含量最高可达97.1%。2)破解了近全sp3非晶碳的结构难题：通过同步辐射技术与高分辨电镜技术结合，发现其是由具有短/中程序的四配位类金刚石sp3碳团簇形成的非晶结构。3)发现了近全sp3非晶碳具有优异的力、热、光学性能，创下多项非晶材料之最：近全sp3非晶碳的光学带隙高达2.7 eV；维氏硬度高达102 GPa（9.8 N载荷下），杨氏模量达到1182 GPa，可与金刚石相媲美；热导率高达26 W/mK，是目前非晶材料中发现的硬度、热导率、模量最高的材料。4)实现了非晶碳sp3含量与性能的精细调控：通过改变压力实现了对非晶碳中sp3含量的调控，发现了非晶碳sp3含量与光学带隙、热导率的正相关规律，获得了系列光学带隙可调（1.8 eV-2.7 eV）的非晶碳材料，比非晶硅、锗具有更大的带隙以及调控范围，为非晶材料的应用开辟了新的空间。图1.a，高质量sp3非晶碳块材的光学照片；b，sp3非晶碳样品的PDF分析；c，sp3非晶碳样品的维氏硬度测量；d，sp3非晶碳样品的热导率和硬度与其他非晶材料的比较。这些突破性成果被Nature审稿人高度评价为“世界上很少有研究小组的大腔体压机技术能够达到这么高的温压条件”，“非晶材料领域的重大进展”，“为超硬材料家族添加了独特的一员”，“提供了新颖的物理特性表征，对凝聚态物理和化学领域都是原创且极其有趣的”。值得一提的是，富勒烯C60发现至今已有30多年历史，刘冰冰教授研究团队自1996年起一直从事富勒烯及相关碳材料的高压研究。经过长期努力，课题组不断为这个“80后”的零维碳材料注入新鲜活力。早在2006年，课题组便取得了系列突破，获得了多种压致聚合富勒烯材料；提出了共晶与高压相结合的新思想，发现了一类由压致C60塌缩形成的“非晶团簇”构筑的长程有序碳结构（OACC结构），是继晶体、非晶和准晶后又一全新的结构类型，与合作者发表在Science上【Science, 2012, 337, 825】。随后进一步在C70等大碳笼、金属富勒烯等其他系列共晶体系中再现了这种新结构，通过调控非晶碳团簇的尺寸以及这种结构的对称性和周期，创制了一类全新碳材料【Adv. Mater., 2014, 26, 7257 Adv. Mater., 2015, 27, 3962 Adv. Mater., 2018, 30, 1706916 J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 7584】。正所谓“十年磨一剑，砺得梅花香”，该研究成果是课题组在富勒烯高压研究领域长期积累的基础上的再次突破。该研究成果第一完成单位为吉林大学超硬材料国家重点实验室，论文共同第一作者为尚宇琛博士、刘兆东教授、董家君博士，姚明光教授与刘冰冰教授为论文共同通讯作者。该成果是与中科院物理所汪卫华院士，瑞典于默奥大学B. Sundqvist教授，美国卡内基研究院费英伟研究员，吉林大学电子显微镜中心张伟教授，以及上海同步辐射光源的林鹤研究员等共同合作完成的。该工作得到了国家重点研发计划项目和国家基金委项目的资助。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03882-9

负泊松比材料在受到压缩载荷时横向收缩，负热膨胀系数材料在受热时发生收缩现象。而负泊松比和负热膨胀系数相结合的新型超材料为材料的特殊需求提供了进一步的可能性。香港城市大学深圳研究院介绍了一种具有负泊松比与负热膨胀系数的双负超材料（Extreme Mechanics Letters, 2019）。这种新型超材料基于传统的星型内凹结构。为了提高该结构的负泊松比，研究者分别在结构和排列方式上进行了创新。这种结构和排列上的创新使得超材料在受到外界力/位移载荷时呈现出内凹变形机制，从而表现出负泊松比。图1(a), (b)新构型超材料的结构以及(c), (d)两种不同的排列方式。为了得到负热膨胀系数，在一个结构中引入了两种热膨胀系数不同的材料（图1a）。蓝色的杆的热膨胀系数较小，而红色的杆热膨胀系数较大。研究者用大量的数值模拟对新构型超材料的负热膨胀系数进行了验证。在加热时红色的杆因为需要伸长的更多而使得垂直方向蓝色的杆发生弯曲，从而减小了整个结构所占有的空间，表现出负的热膨胀系数（图2）。图2新构型超材料受热变形图。为了验证该超材料的负泊松比行为，研究者们采用摩方P130 打印机对材料进行了制备。并用试验和数值仿真相结合的方法对其负泊松比行为进行了验证，两者吻合的较好。由于材料打印的尺寸在微米级别，这也为材料在声学、光学等方面的应用提供了可能性。图3新构型超材料电镜观测图以及受力变形图。该研究工作发表于Extreme Mechanics Letters，香港城市大学深圳研究院陆洋老师为通讯作者。摩方nanoArch® P130打印的轻质高强结构材料，最小杆径8 μm。深圳摩方材料科技有限公司持续助力香港城市大学深圳研究院在超材料领域的研究及应用，其自主研发的nanoArch® P130 3D打印机精度高达2微米。除上述研究工作中的超材料应用外，另一重要的应用是轻质高强力学超材料，具有超轻质量和超高强度。其优异的力学性能得益于其中的微晶格结构，如上图所示，这些微晶格结构非常复杂，使用传统的二维制造技术无法加工制作，而摩方的微尺度3D打印技术则可以快速高效加工出这种复杂三维微结构，且具有极高的打印分辨率（图中微点阵结构，最小杆径8 μm）。BMF nanoArch® P130打印系统

2022难加工材料元件的超精密金刚石加工技术短课程培训https://b2b.csoe.org.cn/meeting/YSAOM2022SC.html制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。单点金刚石车削技术（SPDT）作为一种高效率、高精度的光学表面加工方法，可直接生产具有纳米级表面粗糙度和亚微米级形状精度的光学元件，已成为实现多种光学应用最佳的解决方案。本短课程主要针对难加工材料元件的加工技术进行介绍，以单点金刚石超精密机床为载体，结合物理光学、应用光学、材料力学、精密机械、光学设计、光学加工技术以及相关的应用知识等，介绍难加工材料光学元件的超精密可加工材料和面型金刚石加工技术在当下的发展与挑战、机遇和市场需求。以实践应用角度出发，结合加工材料、加工面型、金刚石刀具等方面介绍难加工材料光学元件的超精密金刚石加工技术，超精密切削的特点和加工表面质量影响规律，以及难加工材料元件能场复合超精密加工技术等方面知识，培养国家急需的高端制造行业的工程人才，为我国成为世界制造强国奠定技术应用基础。一、培训时间：2022年7月29日9:00-12:00(8:00-9:00签到)二、培训地点：长春国际会展中心大饭店三、主办单位：中国光学工程学会四、承办单位：中国光学工程学会先进光学制造青年专家委员会五、课程形式：授课式，实例解析六、课程说明：学员自带电脑，自带Zemax软件，完成培训发放培训证书七、讲师介绍： 薛常喜，长春理工大学光学工程学科教授，博士生导师，2011年香港理工大学从事博士后研究工作。主要从事光学设计与衍射光学、光学超精密制造技术及其应用方面的研究工作。现中国光学工程学会先进光学制造青年专家委员会副主任委员，全国光学和光子学标准化技术委员会光学材料和元件分技术委员会委员，中国光学学会光学制造技术专业委员会委员，红外与激光工程和应用光学期刊青年编委。现主持国家自然科学基金等国家级、省部级高层次科研项目。在国内外学术刊物发表论文50余篇，多篇论文被Spotlight on Optics和Edtior pick。获吉林省自然科技奖三等奖一项，吉林省自然科学学术成果奖二等奖一项，国防科学技术进步奖三等奖一项，兵器集团科技进步二等奖一项，博士学位论文获吉林省优秀博士学位论文。宗文俊，哈尔滨工业大学机电工程学院教授、博士生导师，目前为中国生产工程分会精密工程与微纳技术专业委员会委员、中国机械工程学会高级会员、国际纳米制造学会会员、亚洲精密工程与纳米技术协会会员。近20年来，一直从事天然金刚石刀具与微工具制造技术、可见光-红外宽频谱光学超精密车削技术研究，发表学术论文70余篇，编写专著1部。主持并参与了国家自然科学基金、国防基础科研核科学挑战计划与重点、国家重大科技专项、授权国家发明专利近30项。指导博士生获2020年中国机械工程学会上银优秀博士论文铜奖1人次，荣获机械工业联合会技术发明二等奖、国防科技进步三等奖、兵器工业集团科技进步二等奖等科研奖励。许金凯，长春理工大学机电工程学院教授，博士生导师。现为长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室主任，精密制造及检测技术国家地方联合工程实验室主任。国家科技奖励评审专家，十三五“增材与激光制造”国家重点研发计划青年专家，机械工程学会极端制造分会第一届委员会委员,《International Journal of Extreme Manufacturing》期刊青年编委。长期从事精密超精密加工技术、跨尺度微纳制造技术领域的研究工作。近5年，主持国家重大专项课题、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等10余项国家、省部级科研任务，发表SCI学术论文30余篇，获授权发明专利25件，获省部级一等奖2项，二等奖1项，研究成果成功用于国家多个领域，促进了科技水平的进步。张建国，博士，华中科技大学机械科学与工程学院副教授，机械工程学科博士生导师，2014年日本名古屋大学获机械工程博士学位。主要从事椭圆振动金刚石微细雕刻技术研究，进行难加工材料(碳化钨、模具钢、单晶硅等)的微纳切削工艺开发，以推动具有先进功能微结构表面的新型光学元件在光电子产业的应用。在制造领域国际知名期刊发表SCI检索论文45篇，参编Springer英文专著1部，授权超精密制造领域专利5项。研究成果获得2020年《极端制造》优秀论文、2019年中日超精密加工国际会议优秀论文、2015年日本精密工学会研究奖励、2014年日本机械学会优秀论文、2011年日本砥粒加工学会优秀论文。2019年入选湖北省海外高层次人才青年项目，2021年入选华中科技大学第四批学术前沿青年团队，担任中国光学工程学会第一届先进光学制造青年专家委员会委员。八、难加工材料元件的超精密金刚石加工技术提纲第一部分 光学超精密车削技术概论1.1 超精密加工技术发展概述1.2 超精密加工技术分类1.3 超精密车削技术的加工材料和面型第二部分 超精密切削的特点和加工表面质量影响规律2.1 超精密切削的特点2.2 切削参数对加工表面粗糙度的影响2.3 金刚石刀具晶向和刀刃质量对加工表面粗糙度的影响2.4 工件材料特性对加工表面粗糙度的影响第三部分难加工材料光学元件的超精密金刚石切削技术介绍3.1 典型难加工光学材料及其应用3.2 超声振动金刚石切削技术简介3.3 超声振动金刚石切削装置的设计3.4 难加工材料超声振动切削材料去除机理3.5 光学功能表面超精密制造及其应用第四部分 难加工材料元件能场复合超精密加工技术4.1 高强难加工材料激光辅助微加工技术4.2 高精度深/薄零件超声复合加工技术4.3 高强难加工材料零件电化学加工技术2022光学自由曲面设计与检测短课程培训https://b2b.csoe.org.cn/meeting/YSAOM2022SC.html随着现代光学技术的快速发展，光学工程的成像光学技术和非成像光学技术发展迅猛，尤其是光学自由曲面的应用研究，成为光学工程领域的应用研究热点。光学自由曲面是光学照明、光学显示、光生物医学、光通讯与光传感等重要领域的关键核心器件，含有自由曲面元件的光学系统已在军事、商业等髙端成像系统得以应用，能够满足现代工业、生物医学、国防等众多领域对成像的要求，在现代光学工程领域中扮演着重要角色。本课程拟结合光学设计和光学制造的优势，主要介绍成像自由曲面和非成像自由曲面的设计、自由曲面制造以及自由曲面的检测技术及其相关案例，为光学自由曲面在VR、AR和HUD等光学工程领域快速发展和应用提供技术支撑，促进相关领域的更新换代技术的发展。一、培训时间：2022年7月29日13:30-16:30(12:30-13:30签到)二、培训地点：长春国际会展中心大饭店三、主办单位：中国光学工程学会四、承办单位：中国光学工程学会先进光学制造青年专家委员会五、课程形式：授课式，实例解析六、课程说明：学员自带电脑，自带Zemax软件，完成培训发放培训证书七、讲师介绍： 薛常喜，长春理工大学光学工程学科教授，博士生导师，2011年香港理工大学从事博士后研究工作。主要从事光学设计与衍射光学、光学超精密制造技术及其应用方面的研究工作。现中国光学工程学会先进光学制造青年专家委员会副主任委员，全国光学和光子学标准化技术委员会光学材料和元件分技术委员会委员，中国光学学会光学制造技术专业委员会委员，红外与激光工程和应用光学期刊青年编委。现主持国家自然科学基金等国家级、省部级高层次科研项目。在国内外学术刊物发表论文50余篇，多篇论文被Spotlight on Optics和Edtior pick。获吉林省自然科技奖三等奖一项，吉林省自然科学学术成果奖二等奖一项，国防科学技术进步奖三等奖一项，兵器集团科技进步二等奖一项，博士学位论文获吉林省优秀博士学位论文。于清华，中国科学院上海技术物理研究所研究员，博士生导师，上海市三八红旗手，长期专注于空间红外探测成像领域，开展自由曲面光学系统设计、研制和标定方法的研究，主持国家自然学科基金、国防预研、中科院青年创新促进会“优秀会员”基金等多项科研项目，作为科技部重点领域创新团队核心骨干参与国家重大型号任务，获得国家技术发明一等奖、中国科学院杰出科技成就奖、上海市巾帼创新新秀奖等多项科技奖励。近5年，发表代表性科技论文5篇，获授权发明专利6项，翻译学术专著1部。吴仍茂，博士，浙江大学特聘研究员，国家优青。2013年毕业于浙江大学获博士学位，后于2013-2016年期间分别在西班牙马德里理工大学和美国University of Arizona从事博士后研究工作，并于2017年4月入职浙江大学。主要从事自由曲面光束调控和新型成像技术的研究工作，在包括Optica、Laser & Photonics Reviews、Optics Letters等国际知名光学期刊上发表SCI论文50余篇。2017年获中国仪器仪表学会金国藩青年学子奖，2019年获阿里达摩院青橙奖，2020年获国家优秀青年科学基金项目资助，2021年获OSA Kevin P. Thompson Optical Design Innovator Award。沈华，博士，南京理工大学教授、博士生导师。美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）访问学者。中国光学学会光学测试专业委员会秘书长，中国光学工程学会首届先进光学制造青年专家委员会常务委员。江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人、江苏省“333高层次人才工程”。长期致力于高端激光精密制造与检测成像技术的创新研究工作，主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、军委装发预研重点项目、江苏省重点研发计划等高层次项目20余项。获得国防科学技术发明二等奖1项、教育部科学技术发明二等奖1项、2019年度中国光学领域“十大社会影响力事件”、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖项目指导教师、江苏省优秀本科毕业设计指导教师。现任国家卓越期刊《Chinese Optics Letters》期刊编委、中国激光杂志社首届青年编委会委员。八、光学自由曲面设计与检测培训提纲第一部分 光学自由曲面简介1.1 光学自由曲面的研究进展及历史1.2 光学自由曲面元件的设计与检测技术1.3 光学自由曲面元件的制造技术第二部分 非成像自由曲面的设计技术及案例2.1 非成像光学基本概念及原理2.2 太阳能光伏中的自由曲面设计简介2.3 自由曲面照明光束调控技术2.4 自由曲面LED照明及激光束整形设计案例第三部分 成像自由曲面的设计技术及案例3.1 光学自由曲面成像系统的结构选型3.2 光学自由曲面成像系统的设计方法3.3光学自由曲面成像系统的性能评价方法3.4光学自由曲面成像系统的装调与标定 第四部分 自由曲面的检测技术及案例4.1 自由曲面检测的特点与难点4.2 接触式自由曲面检测技术及典型案例4.3 基于计算全息的自由曲面检测技术及典型案例4.4 基于倾斜波面干涉术的自由曲面检测及典型案例九、报名人员要求：基础知识要求：参与培训人员需要经过基本的物理学和光学基础知识训练。名额有限，报名从速。1000元/人同时报名两门课程或者同一单位2人以上报名，可以享受9折优惠1.在线支付：线上报名完成后，可跳转到在线支付页面，选择“支付宝”在线完成支付。2.汇款转账：开户银行：工行北京科技园支行户名：中国光学工程学会账号：0200296409200177730费用包含培训、教材、发票、证书和餐费，其他费用自理，开具“培训费”发票报名网址：https://b2b.csoe.org.cn/registration/YSAOM2022SC.html十、同期活动：2022年先进光学制造技术及应用国际会议暨第二届国际先进光学制造青年科学家论坛https://b2b.csoe.org.cn/meeting/YSAOM2022.html十一、协议酒店：会议酒店：长春国际会展中心大饭店（吉林省长春市经济技术开发区会展大街100号）酒店预订方式：陈经理（18166846117）可享受会议价标间（双早）：318元/天和298元/天十二、联系人：王海明 中国光学工程学会电话：022-59013420邮箱：wanghaiming@csoe.org.cn刘兴旺 中国光学工程学会电话：022- 58168885邮箱：liuxingwang@csoe.org.cn

美国哈佛大学和英国利兹大学的一个联合研究小组最近演示了一种新型太赫兹半导体激光器，其发射的太赫兹光波准直性能与传统太赫兹光源相比显著改善。该激光器的研发成功，为太赫兹科技的应用打开了更广阔的领域。哈佛已经为此提交了一系列专利申请。这一进展发布在8月8日的《自然材料》杂志上。 　　新型太赫兹激光器突破了传统材料的限制，研究人员刻了一组亚波长光栅，直接加倍了超材料晶面的光流量，设备以3太赫兹(百亿赫兹)的频率发射光线(波长为100微米，在可见光谱中属于远红外线)，大大降低了这些半导体激光器的散射角度，同时保持了光能的高输出功率。 　　这种超材料被直接嵌入光学设备的高吸收性砷化镓晶面上，在演示中能看到，人造光显示出深浅不同的微米光栅，各具不同的功能。浅蓝色的狭缝能将输出的激光功率加倍，导向并限定在晶体表面。 　　太赫兹射线(T—rays)能穿透纸张、衣物、塑料和其他一些材料，在探测隐匿武器和生物制剂方面非常理想，在做肿瘤成像检测时对人体无伤害和副作用，还能探测材料内部诸如断裂之类的缺陷，也可用于星际稀薄化学物质的高灵敏探测。 　　研究人员卡帕索表示，新的人造光学设备，从晶面上发出的激光器非常紧密，瞄准度非常高，高度凝聚使光能有效聚集，这是昂贵且笨重的传统透镜达不到的。 　　另一位研究人员林菲尔德说，新的太赫兹激光器还能用于海关探测非法药品，并能检验生产和存储的药物是否合格。这种超材料还能用作一种演示的工具，同时还具有一些神奇的潜在功能，如用来研发隐身斗篷、负折射和高解析图像。 　　研究的另一项重要意义就是这种超材料的光导作用。该设备产生的极强太赫兹光线，以直线光束导向激光晶面，这种超强的限定导向作用，还可应用于传感器和太赫兹光路。

美国哈佛大学和英国利兹大学的一个联合研究小组最近演示了一种新型太赫兹半导体激光器，其发射的太赫兹光波准直性能与传统太赫兹光源相比显著改善。该激光器的研发成功，为太赫兹科技的应用打开了更广阔的领域。哈佛已经为此提交了一系列专利申请。这一进展发布在8月8日的《自然材料》杂志上。 　　新型太赫兹激光器突破了传统材料的限制，研究人员刻了一组亚波长光栅，直接加倍了超材料晶面的光流量，设备以3太赫兹(百亿赫兹)的频率发射光线(波长为100微米，在可见光谱中属于远红外线)，大大降低了这些半导体激光器的散射角度，同时保持了光能的高输出功率。 　　这种超材料被直接嵌入光学设备的高吸收性砷化镓晶面上，在演示中能看到，人造光显示出深浅不同的微米光栅，各具不同的功能。浅蓝色的狭缝能将输出的激光功率加倍，导向并限定在晶体表面。 　　太赫兹射线(T—rays)能穿透纸张、衣物、塑料和其他一些材料，在探测隐匿武器和生物制剂方面非常理想，在做肿瘤成像检测时对人体无伤害和副作用，还能探测材料内部诸如断裂之类的缺陷，也可用于星际稀薄化学物质的高灵敏探测。 　　研究人员卡帕索表示，新的人造光学设备，从晶面上发出的激光器非常紧密，瞄准度非常高，高度凝聚使光能有效聚集，这是昂贵且笨重的传统透镜达不到的。 　　另一位研究人员林菲尔德说，新的太赫兹激光器还能用于海关探测非法药品，并能检验生产和存储的药物是否合格。这种超材料还能用作一种演示的工具，同时还具有一些神奇的潜在功能，如用来研发隐身斗篷、负折射和高解析图像。 　　研究的另一项重要意义就是这种超材料的光导作用。该设备产生的极强太赫兹光线，以直线光束导向激光晶面，这种超强的限定导向作用，还可应用于传感器和太赫兹光路。

近日,大连化物所生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组（1824组）卿光焱研究员团队开发了一种超精准内毒素分离材料。该团队通过“量体裁衣”的材料设计理念,提出了一种基于噬菌体展示筛选和血液相容性肽基聚合物设计的策略,实现了在血液中对特定内毒素的原位、快速、精准清除。　　脓毒症是ICU高发病率、高死亡率、高治疗成本的危重病症,每年造成全球超1100万患者死亡。基于内毒素清除的血液净化策略,在脓毒症治疗中具有重要临床意义。然而,内毒素的结构复杂性、血液成分的复杂性以及内毒素在血液中的低丰度,导致血液中的特异性内毒素清除极具挑战。针对当前血液净化材料特异性不足所导致的内毒素清除效率低、活性药物在血液净化过程中大量流失等问题,团队创新性地提出了超精准内毒素分离材料的研发策略。在本工作中,团队以大肠杆菌内毒素为模型,通过噬菌体表面展示迭代亲和筛选和内毒素解毒活性筛选,发现了一种对靶标内毒素具有高亲和力、高特异性和高解毒活性的内毒素亲和肽(HWKAVNWLKPWT)。该多肽不仅可以实现对内毒素与其他血液成分的精确区分,而且能够实现对特定种类内毒素分子的精准识别与清除。由此设计的肽基聚合物[poly(PEGMEA-co-PEP-1)]可以将脓毒症家兔血液中的内毒素水平从2.63±0.01降低到0.78±0.05 EU/mL (清除率 70%),显著缓解内毒素引起的多器官损伤和脓毒症预后。　　该项工作为超精准内毒素分离材料的开发提供了一个通用范例,有望通过打造一个内毒素系列分子全覆盖的高选择性吸附材料库,全面提升血液净化材料对内毒素的清除选择性,实现对特定内毒素分子的精准识别与清除。此外,这种自上而下的配体筛选策略也适用于其他内源性和外源性血液毒素的特异性清除,有助于推动“个性化”精准医疗在全球重症血液净化领域的探索与应用。　　卿光焱团队致力于开发生物分离分析新材料、新方法,提出了生物分子响应型聚合物的设计思想,研制了多磷酸化肽智能富集材料（Nat. Commun. 2017）、磷酸化肽、唾液酸型糖肽同步富集材料（Anal. Chem. 2020）；提出基于动态共价化学的唾液酸糖肽富集新策略,改变了科学家对富集材料稳定性的认识（J. Am. Chem. Soc. 2020）；利用赖氨酸侧链氨基和18-冠-6间的选择性络合,高效分离甲基化肽（Anal. Chem. 2020）；展望新一代翻译后修饰富集材料的典型特征,以及智能聚合物在该领域的应用前景（Adv. Mater. 2017； TRAC Trends Anal. Chem. 2020）。　　上述工作以“Specific Clearance of Lipopolysaccharide from Blood Based on Peptide Bottlebrush Polymer for Sepsis Therapy”为题,于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作的第一作者是我所1824组博士后施振强。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、我所创新基金等项目的支持。

p 　　半导体材料是半导体产业的基石，在集成电路芯片制造过程中，每一个步骤都需要用到相应的材料，如光刻过程需要用的光刻胶、掩膜版，硅片清洗过程需要用的各种湿化学品，化学机械平坦化过程需要用的抛光液和抛光垫等，都属于半导体材料。 /p p 　　半导体产业强大如韩国，在2019年7月日本对其限制三种半导体材料“氟聚酰亚胺”、“光刻胶”和“高纯度氟化氢”出口之后，也曾陷入恐慌状态。足以可见，半导体材料的重要性。 /p p 　　国内对半导体材料的依存度在60%以上! /p p 　　半导体材料主要包括半导体制造材料与半导体封测材料。今年4月，国际半导体产业协会公布2019年全球半导体材料市场销售额为521.2亿美元，其中，晶圆制造材料的销售额为328亿美元，半导体封装材料的销售为192亿美元。 /p p 　　SEMI报告还指出，分区域来看，中国台湾、韩国、中国大陆、日本、北美、欧洲半导体销售额分别为113.4亿美元、88.3亿美元、86.9亿美元、77.0亿美元、56.2亿美元、38.9亿美元，分别占全球半导体材料市场份额的22%、17%、17%、15%、11%、17%。中国大陆是2019年各地区中唯一实现正增长的半导体材料市场，销售规模位居第三。但是，对于中国大陆市场而言，一方面是不断增长的销售规模，另一方面也面临着巨大的国产半导体材料缺口。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 299px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/22641996-ebd3-4ead-80c1-c881ce66bd2b.jpg" title=" 半导体材料.jpeg" alt=" 半导体材料.jpeg" width=" 600" height=" 299" border=" 0" vspace=" 0" / 　　 /p p 　　目前全球半导体制造材料基本被美日等公司垄断。如全球硅片市场中，日本信越化学、日本 SUMCO、德国Siltronic、中国台湾环球晶圆、韩国SK Siltron的市场份额分别为27.58% 、24.33%、14.22%、16.28%、10.16%，共占据超过90%市场份额 光刻胶市场则主要由日本合成橡胶、东京应化、美国陶氏、住友化学、富士胶片垄断 CMP 材料主要由美国陶氏、卡伯特微电子、日本 Fujimi 垄断等。 br/ /p p 　　在美日公司占据优势的情况下，虽然目前各大主要品类的半导体材料领域均有国内企业涉足，但整体对外依存度仍在60%以上，特别地，大硅片、靶材、CMP 抛光垫、高端光刻胶等半导体材料对外依存度高达90%以上。 /p p 　　就以大硅片为例，目前国内有上海新昇等少数企业实现12 英寸大硅片量产，国产化率也仅约10% 光刻胶也仅有少数企业布局ArF、KrF光刻胶，尚无企业涉及EUV光刻胶 靶材对外依存度仍然高于90% 电子特气国产化率约25% 湿化学品国产化率约25%。 /p p 　　 strong 半导体材料国产化进程在加速 /strong /p p 　　在超高的国外依存度面前，国内对半导体材料的需求却与日俱增。 /p p 　　一方面，受益于国内晶圆厂的大量投建，以及5G商用落地后带来的需求增量，国内半导体材料的需求将加速增长。据SEMI估计，2017-2020年全球将有62座新晶圆厂投产，其中26座坐落中国大陆，占总数的42%。半导体材料属于消耗品，国内晶圆厂数量的增加，将带动半导体材料需求的增长。 /p p 　　另一方面，半导体设备国产化，也将推动半导体材料的国产化进程。此外，近期国家新提出的“新基建”项目也提供了中国半导体材料发展的好机会。 /p p 　　为了加速半导体国产化进程，国家扶持半导体产业的政策和基金密集出台，大基金二期或开启半导体材料国产化黄金期。据了解，大基金一期已投资沪硅产业、雅克科技、安集科技等半导体材料公司。国家集成电路产业投资二期股份有限公司注册资本达2041.5 亿元，投资总规模和撬动社会融资有望较一期更上一个台阶。 /p p 　　当前，虽然半导体材料国外优势明显，但国内正在细分领域突破，部分产品已实现自产自销。具体来看，可以分成已可量产材料、初步量产和有待积极开发的材料。 /p p 　　其中已可以量产主要有：靶材、封装基板、CMP抛光液材料、湿式工艺用化学品引线框等部分封装材料。这其中，部分产品技术标准可达到全球水平，本土产线已实现中大批量供货，部分材料品质需要改进才能满足先进工艺的要求。初步量产方面主要有：电子气体、硅片、化合物半导体、特殊化学品。这当中，个别产品技术标准可达到世界水平，本土产线已小批量供货，但是需要加强全面的供货。另外，刻胶、碳化硅材料、高纯石英材料部分还需积极开发，这部分材料在技术上和全球一流水平存在较大差距，目前基本未实现批量供货。 /p p 　　以下是一些公司的发展情况： /p p 　　 strong 硅片及硅材方面 /strong /p p 　　 strong 中环股份 /strong ：成立于1999年，是生产经营半导体材料和半导体集成电路与器件的高新技术企业。 /p p 　　2019年，中环股份发布了对行业颠覆性影响的12英寸超大光伏硅片“夸父”产品(210硅片)和系列标准，使从晶体、晶片到电池片、组件通量型生产环节效率大幅提升，制造成本大幅下降，单块组件效率大幅提升，为全球新能源持续降低成本创造了一个平台性的技术。目前中环五期项目已开始生产210硅片，下游客户的210电池片、组件也将快速进入量产阶段。 /p p 　　据了解，截止2019年底中环股份已经具备2-6英寸硅片产能约30万片/月，8英寸约70万片/月，12英寸2万片/月。 /p p 　　 strong 上海硅产业集团 /strong ：成立于2015年12月，专注于半导体硅材料产业及其生态系统发展。 /p p 　　2016年7月，硅产业集团通过增资上海新昇和受让原股东在上海新昇持股的方式，于2016年7月对上海新昇形成控股。上海新昇成立于2014年，承担了“02专项”的“40-28nm集成电路制造用300毫米硅片研发及产业化”项目，是国内第一家产业化的300mm硅片企业。 /p p 　　2019年3月，硅产业集团通过增资成为新傲科技第一大股东。新傲科技成立于2001年，致力于高端硅基材料研发与生产，是中国最大的SOI材料生产基地和技术领先的外延片供应商，也是世界上屈指可数的SOI材料规模化供应商之一。 /p p 　　2020年4月20日，硅产业集团成功登陆上海证券交易所科创板。 /p p 　　 strong 上海新昇 /strong ：成立于2014年6月，国内首屈一指的300mm半导体硅片供应商。 /p p 　　2016年10月，上海新昇成功拉出第一根300mm单晶硅锭，2017年打通了300mm半导体硅片全工艺流程，2018年最终实现了300mm半导体硅片的规模化生产。 /p p 　　 strong 有研半导体 /strong ：成立于1999年3月12日，由北京有色金属研究总院独家发起，公司前身是半导体材料国家工程研究中心。 /p p 　　2013年成功自主研发6英寸区熔气掺单晶，标志着在“6英寸气掺区熔单晶拉制技术”上取得突破性进展。2017年5月，有研半导体承担的国家重大科技专项“200mm硅片产品技术开发与产业化能力提升”项目通过验收。 /p p 　　2020年5月29日，有研半导体成功拉制出完整的12英寸单晶棒，晶棒总重量超过320公斤。实验的突破和进展，标志着公司在12英寸大硅片产业布局上迈出了关键的一步，为公司12英寸集成电路用大硅片产业化项目顺利实施奠定了坚实的基础。 /p p 　　 strong 浙江金瑞泓 /strong ：成立于2000年6月，是国内较早一批专业从事集成电路用硅片制造的企业之一，也是中国大陆技术领先、配套先进、规模完善、效益优良的集成电路材料制造企业，是我国具有硅单晶锭、硅研磨片、硅抛光片、硅外延片制造的较为完整产业链的集成电路生产企业。 /p p 　　2010年，牵头承担“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”国家02科技重大专项，并于2017年5月通过国家验收，具备了8英寸硅片大规模产业化能力，掌握了12英寸硅片核心技术。 /p p 　　 strong 安徽易芯 /strong ：成立于2016年9月，主要从事大尺寸半导体硅晶体与硅片、全自动硅晶体生长炉的研发、生产、销售以及技术服务。 /p p 　　2008年正式启动12英尺电子级单晶硅材料的研发，2015年12英尺硅片(抛光前)产品通过国家有色金属及电子材料分析测试中心的检测。 /p p 　　 strong 杭州中欣晶圆 /strong ：成立于2017年，主要从事高品质集成电路用半导体硅片的研发与生产制造。拥有8英寸生产线是目前国内规模最大，技术最成熟的生产线 12英寸生产线是我国首条拥有核心技术，真正可实现量产的半导体硅片生产线。 /p p 　　2019年7月，中欣晶圆“半导体大尺寸硅片项目”首批产品下线。这也是杭州首批实现量产的 8英寸(200mm)的半导体硅抛光片，意味着中芯晶圆在推进杭州芯片设计制造产业方面又迈进了一大步。 /p p 　　 strong 宁夏银和 /strong ：成立于2015年12月，公司将通过开展高品质半导体硅片的研发和产业化，建成国际先进水平的大尺寸半导体硅片产业化、创新研究和开发基地。 /p p 　　2019年8月23日，宁夏银和宣布12英寸半导体大硅片晶棒实现量产，32英寸半导体石英坩埚下线。 /p p 　　 strong 光刻胶方面 /strong /p p 　　 strong 晶瑞股份 /strong ：成立于2001年11月，是一家生产销售微电子业用超纯化学材料和其他精细化工产品的上市企业。品种包括氢氟酸、过氧化氢、氨水、盐酸、硫酸、硝酸、异丙醇、冰醋酸、混合酸(硅腐蚀液、铝腐 蚀液、铬腐蚀液、BOE、金蚀刻液)氢氧化钾、氢氧化钠、配套试剂等。产品广泛应用于超大规模集成电路、LED、TFT-LCD面板制造过程、太阳能硅片的蚀刻与清洗。 /p p 　　 strong 北京科华 /strong ：成立于2004年，光刻胶产品序列完整，产品应用领域涵盖集成电路(IC)、发光二极管(LED)、分立器件、先进封装、微机电系统(MEMS)等。产品类型覆盖KrF(248nm)、G/I线(含宽谱)，主要包括：KrF光刻胶DK1080、DK2000、DK3000系列 g-i line光刻胶KMP C5000、KMP C7000、KMP C8000、KMP EP3100系列和KMP EP3200A系列 Lift-off工艺使用的负胶KMP E3000系列 用于分立器件的BN、BP系列等。 /p p 　　 strong 强力新材 /strong ：成立于1997年，公司主要产品为光刻胶专用化学品，分为光刻胶用光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂等)和光刻胶树脂两大系列。公司的产品按照应用领域分类，主要有印制电路板(PCB)光刻胶专用化学品(光引发剂和树脂)、液晶显示器(CD)光刻胶光引发剂、半导体光刻胶光引发剂及其他用途光引发剂四大类。 /p p 　　 strong 上海新阳 /strong ：创立于1999年7月，其用于晶圆电镀与晶圆清洗的第二代核心技术已达到世界领先水平。紧密围绕两大核心技术，开发研制出140多种电子电镀与电子清洗系列功能性化学材料，产品广泛应用于集成电路制造、3D-IC先进封装、IC传统封测等领域，满足芯片铜制程90-28nm工艺技术要求，相关产品已成为多家集成电路制造公司28nm技术节点的基准材料(Base Line)，成为中国半导体功能性化学材料和应用技术与服务的知名品牌。 /p p 　　此外，上海新阳立项研发集成电路制造用高分辨率193nm ArF光刻胶及配套材料与应用技术，拥有完整自主可控知识产权的高端光刻胶产品与应用即将形成公司的第三大核心技术。 /p p 　　 strong 苏州瑞红 /strong ：成立于1993年，是国内知名的电子化学品公司，主要研发、生产光刻胶、配套试剂、高纯化学试剂，这是芯片制造行业中不可或缺的原材料。苏州瑞红在光刻胶领域深耕多年，率先实现了 i 线光刻胶的量产，可以实现 0.35μm 的分辨率。目前其光刻胶产品已有几家 6 寸客户使用，2018 年进入中芯国际天津工厂 8 寸线测试并获批量使用 公司未来重点发展 248nm，将着力发展相关业务。 /p p 　　 strong 靶材方面 /strong /p p 　　 strong 宁波江丰电子 /strong ：成立于2005年，是我国高纯溅射靶材龙头企业，产品包括铝靶、钛靶、钽靶、钨钛靶等高纯溅射靶材，应用于半导体、平板显示、太阳能等领域。超高纯金属及溅射靶材是生产超大规模集成电路的关键材料之一，长期以来被日美企业垄断。目前，江丰电子的产品已应用于世界著名半导体厂商的先进制造工艺，公司已在7nm技术节点实现批量供货。 /p p 　　 strong 福建阿石创 /strong ：成立于2002年多年来致力于薄膜材料的研发、生产与销售。 阿石创薄膜材料，可以分为溅射靶材、蒸镀材料与镀膜配件三大产品线，主要应用于光学、光通信、平板显示(LCD、OLED)、触控面板、LED芯片、集成电路、LOW-E玻璃、装饰镀膜、工具镀膜、光伏太阳能等领域，产品远销国内外市场，具有丰富的行业实绩。 /p p 　　 strong 电子特气方面 /strong /p p 　　 strong 雅克科技 /strong ：成立于1997年，主要致力于电子半导体材料， 深冷复合材料以及塑料助剂材料研发和生产。 /p p 　　 strong 华特气体 /strong ：成立于1999年，公司专业从事气体及气体设备的研发和生产，气体产品覆盖普通工业气体、电子工业用气体、电光源气体、超高纯气体、标准气体、激光气体、医用气体、食品工业用气体等十几个系列共200多个品种， /p p 　　 strong 南大光电 /strong ：成立于2000年12月，是一家专业从事高纯电子材料研发、生产和销售的高新技术企业，凭借30多年来的技术积累优势，公司先后攻克了国家863计划MO源全系列产品产业化、国家“02—专项”高纯电子气体(砷烷、磷烷)研发与产业化、ALD/CVD前驱体产业化等多个困扰我国数十年的项目，填补了多项国内空白。2017年，南大光电承担了集成电路芯片制造用关键核心材料之一的193nm光刻胶材料的研发与产业化项目。 /p p 　　 strong 湿电子化学品 /strong /p p 　　 strong 巨化股份 /strong ：成立于1998年6月，主要业务为基本化工原料、食品包装材料、氟化工原料及后续产品的研发、生产与销售，拥有氯碱化工、硫酸化工、基础氟化工等氟化工必需的产业自我配套体系。并以此为基础，形成了包括基础配套原料、氟制冷剂、有机氟单体、含氟聚合物、含氟专用化学品等在内的完整的氟化工产业链，并涉足石油化工产业。 /p p 　　 strong 江化微 /strong ：成立于2001年，专业生产适用于半导体(TR、IC)、晶体硅太阳能(solar PV)、FPD平板显示(TFT-LCD、CF、TP、OLED、PDP等)以及LED、硅片、锂电池、光磁等工艺制造过程中的专用湿电子化学品——超净高纯试剂、光刻胶配套试剂的专业制造商，属国内生产规模大、品种齐全、配套完善的湿电子化学品专业服务提供商。 /p p 　　 strong 晶瑞化学 /strong ：成立于2001年，生产销售微电子业用超纯化学材料和其他精细化工产品，品种包括氢氟酸、过氧化氢、氨水、盐酸、硫酸、硝酸、异丙醇、冰醋酸、混合酸(硅腐蚀液、铝腐 蚀液、铬腐蚀液、BOE、金蚀刻液)氢氧化钾、氢氧化钠、配套试剂等。目前主要产品的纯度为，单项金属杂质含量小于0.1ppb。产品广泛应用于超大规模集成电路、LED、TFT-LCD面板制造过程、太阳能硅片的蚀刻与清洗。 /p p 　　 strong 艾森半导体 /strong ：成立于2010年3月，专业致力于为晶圆、先进封装、传统封测、FPC/HDI、OLED/TFT-LCD等领域行业客户提供所需电子化学品材料、应用工艺和现场服务的整体解决方案。 /p p 　　 strong 上海华谊 /strong ：成立于1992年8月，主要从事能源化工、绿色轮胎、先进材料、精细化工和化工服务五大核心业务。公司主要产品为甲醇、醋酸、醋酸乙酯、合成气、载重胎、乘用胎、丙烯酸及酯、丙烯酸催化剂、高吸水性树脂、工业涂料、颜料、油墨、日用化学品、化工贸易、化工物流、化工投资、信息技术。 /p p 　　 strong CMP抛光材料方面 /strong /p p 　　 strong 鼎龙科技 /strong ：创立于2000年，是一家专业从事化学新材料、打印复印耗材、集成电路芯片及材料、云图文快印营销模式的研发、生产与服务及股权投资的国家高新企业、国家创新型企业、创业板上市公司。 /p p 　　 strong 安集科技 /strong ：成立于2004年，主营业务为关键半导体材料的研发和产业化，目前产品包括不同系列的化学机械抛光液和光刻胶去除剂，主要应用于集成电路芯片制造和先进封装领域。 /p p 　　2019年，成功IPO并在上海证券交易所科创板上市。 /p p 　　总结：“中国半导体教父”、芯恩董事长张汝京指出我国芯片产业发展的几大短板。其中，材料和设备是最薄弱的环节，在整个半导体供应链上，没有材料必将造成“巧妇难为无米之炊”的窘境。由此，实现半导体材料国产化替代是半导体国产化道路上亟需且艰巨的任务。 /p p br/ /p

USF-2000A采用压电元件产生的20kHz振动波形，经放大后加载到试样上，实现高速度的疲劳试验。能测试通常难度很大的109、1010次的疲劳强度，可在约10分钟内生成107次的数据[1]。近年来，超高周次承载部件越来越多，金属材料超高周疲劳测试需求与日俱增，超声疲劳方法是完成超高周疲劳的有效手段之一。相比高周疲劳，超声疲劳由于试验频率大幅提高，试样尺寸设计、应力控制等都和高周疲劳不同，已不适宜采用高周疲劳试验标准。4月25日，由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行 ，中国钢铁工业协会主管的国家标准《金属材料 超高周疲劳 超声疲劳试验方法》正式发布，并将于2024年11月1日施行。背景通常认定如果循环次数大于107，样品就不会断裂，所以所有的工业品必须在这个疲劳极限以下进行设计，尽管如此，事故仍可能发生。随着工业技术的发展，许多金属零件的设计疲劳寿命逐渐增加，金属材料的高周疲劳行为已成为一项研究重点。金属疲劳是指机器、车辆或结构件的金属零件因反复施加应力或载荷而引起的弱化状态最终导致断裂的现象。因此，为了确保机器、车辆等的质量，需要对其零件进行疲劳检测。超声波疲劳试验是一种共振式的疲劳试验方法，通过压电原件产生20kHz振动波形，经放大后加载到样品上，实现高速度的疲劳试验，可快速地检测各种工业材料的疲劳极限。标准解读01原理超声疲劳试验采用超声发生器产生20kHz 的电信号，压电陶瓷换能器将电信号转换成相同频率的机械振动，经位移放大器放大后传递至试样，在试样中产生谐振波，使试样获得频率约为20kHz按正弦波变化的轴向位移和应力。02试样超声疲劳试验常用的试样类型有漏斗形、等截面圆形和板状。设计超声疲劳试样尺寸时，尺寸组合应满足试验系统谐振频率为20kHz的谐振条件，否则试样将不能起振，试验无法进行。设计试样尺寸之前应先根据GB/T 38897确定材料的动态弹性模量，再根据材料的密度和不同形状试样的几何尺寸理论公式计算满足试验谐振频率的端部长度值。岛津方案岛津超声波试验系统可参照GB/T 43896-2024《金属材料 超高周疲劳 超声疲劳试验方法》的测试方法对样品进行测试。USF-2000A超声波疲劳试验机01试验原理USF-2000A疲劳试验机的加载原理同普通的疲劳有很大的不同，它是由压电元件产生20 kHz的振动，将振动通过谐振腔放大再传导至加工成特定尺寸形状的试样，试样产生共振形成稳定的驻波，不断地收缩和伸长由此进行20kHz的疲劳试验。02主要特点☆ 在共振状态下进行试验，可产生高应力，能够进行1000 MPa级的钢材试验☆ 采用计算机设定和控制试验，可在桌面上进行试验☆ 试验设备的功耗小☆ 可简单地再现微小缺陷而产生的疲劳破坏☆ 能以20kHz的重复频率快速评价金属材料的疲劳寿命，一般100Hz频率下测试1010次循环试验需要3.2年，使用本机进行试验只需要6天。03应用案例仅需输入材料的模量、密度等信息，软件即可根据设置，自动生成技术图纸，开始试验。在达到规定循环次数或超过试验频率波动范围时，试验自动结束。同时，可在软件中选择指定振荡和停止时间（脉冲-暂停）比。空气冷却系统提供支持，有效避免样品过热。04定制化产品在平均应力为零的条件下很少使用实际组件。尽管如此，USF-2000A是一种标准超高循环疲劳试验系统，只能在零平均应力条件下实施试验。使用配有平均应力负载系统的超高循环疲劳试验系统，可在平均拉伸应力负载情况下实施千兆周期疲劳试验。近年来，超高周次承载部件越来越多，金属材料超高周疲劳测试需求与日俱增，超声疲劳方法是完成超高周疲劳的有效手段之一。USF-2000A提供金属和其他材料的负载容量信息以及确定度，可在6天内完成试验[1]而无需1年或更久。应用20 kHz周期频率，相比300Hz，完成1010次循环试验的速度可提高60多倍。特别是在汽车、航空航天和铁路应用领域，材料可靠性必须具备可预测性，岛津试验机可以为消费者提供更优质量和更高安全性，并为制造商提供安心保障。注[1] 实验数据可能随条件不同而变化本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

扫描隧道显微镜 (STM) 基于量子隧穿效应能够以亚埃的纵向精度和真实原子分辨率对样品表面成像。无论是金属还是半导体，甚至到衬底上沉积的有机分子材料，均可直接可视化测量。然而，STM 的时间分辨率仅限于亚毫秒范围，不利于材料超快动力学的研究。 为了克服上述障碍，日本筑波大学的研究人员开发了一种新型 STM 系统，它采用基于激光的泵浦探针方法将时间分辨率从皮秒提高到数十飞秒（ACS Photonics，doi：10.1021/acsphotonics.2c00995）。该系统可以将极短时间尺度内发生的物理现象可视化，例如相变期间原子的重排或电子的快速激发。中红外电场驱动的扫描隧道显微镜系统示意图光泵浦探针法一般经常被用于一些超快现象测试。泵浦激光脉冲首先激发样品，然后经过一段时间延迟后，探测激光脉冲撞击样品并测量其透射率或反射率。测量的时间分辨率仅受激光脉冲持续时间的限制。研究人员将这种方法与电场驱动的 STM 相结合，后者使用载波包络相位控制的光源产生近场，从而在 STM 尖端和样品之间施加瞬时电场，从而捕捉到非平衡状态下的超快动力学现象。团队强调，他们的新型STM显微镜可广泛应用于包括太阳能电池或纳米级电子设备在内的各种各样的材料研究。该研究的主要负责人Hidemi Shigekawa 表示，在凝聚态物质中，动力学通常不是空间均匀的，而是受到原子缺陷等局部结构的强烈影响，这些结构可以在很短的时间内发生变化。在实验中，他们将经过一个近红外 (NIR) 波长范围和 8.1 fs 脉冲宽度的啁啾脉冲放大器后的光束分离，其中一束光束被转换为中红外 (MIR)。 NIR 光束通过一个光学延迟级，并与 MIR 光束以同轴排列，用于泵浦探针测量。它们被聚焦在容纳样品的超高真空室中的 STM 尖端顶点上。为了验证系统性能，研究人员使用 NIR 脉冲光作为激发，MIR 光作为探针进行了时间分辨 STM 测量。碲化钼作为被观察的样品，这是一种过渡金属二硫化物，它具有重要的非平衡动力学。实验结果显示，MIR 电场驱动显微镜（具有高于 30 fs 的增强时间分辨率）在 0 到 1 ps 的时间范围内成功可视化了样品中的光诱导超快非平衡动力学。观察结果与载波动力学相关的能带结构的变化一致。STM 系统还解析了具有原子分辨率的快照图像，可以跟随激发的影响。正如团队主要成员Yusuke Arashida 在新闻稿提到的那样，“虽然我们新型STM的放大倍数不以为奇，但却是在时间分辨率上的一重大进步”。

当前，超材料制造工艺主要有印刷电路板(PCB)、光刻、电子束刻蚀等，然而这些工艺在3D超材料结构制造方面普遍存在步骤繁琐、成本高、耗时长等问题，不易与曲面共形，难以满足实际应用条件。3D、曲面共形一体化超材料的制造仍然是一项重大挑战。近日，厦门大学航空航天学院孙道恒教授课题组基于面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术（microArch S240，摩方精密）结合液态金属填充方法制备了3D正交开口谐振环及曲面共形超材料结构，其嵌入式结构特征可有效保护金属谐振层免受外部环境影响，且具有宏-微、结构-功能一体化成型的优势。图1 3D打印嵌入式超材料制备流程图2 正交开口谐振环超材料结构及尺寸：(a) 平面型；(b) 半球形仿复眼超材料 (单元尺寸为1.25mm)工艺流程如图1所示，首先使用精度为10μm的3D打印机（microArch S240，摩方精密）制备带有超材料微结构空腔的模型，再利用液态金属真空填充方法制备超材料金属微结构。超材料结构尺寸如图2所示，开口谐振环截面尺寸为0.1mm×0.2mm，顶部开口尺寸为0.3mm，谐振环外径为1mm。图3 液态金属填充及超材料性能测试：(a-b) 平面型及仿生复眼曲面共形超材料液态金属填充前与填充后；(c-d) 超材料传输性能测试图3(a)为3D打印的3D正交开口谐振环、仿复眼曲面共形超材料及局部放大图，图3(b)为填充液态金属后的超材料结构及其局部放大。在液态金属填充满超材料结构空腔后，采用光敏树脂涂覆在液态金属填充入口处并用紫外灯照射固化以密封入口。图3(c-d)为平面型及曲面共形超材料测试结果。该研究将3D打印的灵活性与液态金属的易流动、易填充性相结合，使超材料制造不再受限于复杂结构，开辟了一类复杂超材料结构制造新方法。为超材料的结构创新、功能创新及应用创新奠定工艺基础，拓展了共形超材料的应用范围，如3D光学/电磁隐身衣、智能蒙皮、超透镜等。该成果以题为“3D Printed Embedded Metamaterials”发表于国际期刊《Small》(IF = 13.281)上，论文通讯作者为厦门大学航空航天学院孙道恒教授和陈沁楠助理教授，第一作者为厦门大学航空航天学院博士生张昆鹏。该研究得到了国家自然科学基金(51975498、U1505243、U2005214)和深圳市科技创新委员会技术攻关面上项目(JSGG20201102165202007)的支持与资助。原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202103262

当前，超材料制造工艺主要有印刷电路板(PCB)、光刻、电子束刻蚀等，然而这些工艺在3D超材料结构制造方面普遍存在步骤繁琐、成本高、耗时长等问题，不易与曲面共形，难以满足实际应用条件。3D、曲面共形一体化超材料的制造仍然是一项重大挑战。近日，厦门大学航空航天学院孙道恒教授课题组基于面投影微立体光刻(PµSL)3D打印技术（microArch S240，摩方精密）结合液态金属填充方法制备了3D正交开口谐振环及曲面共形超材料结构，其嵌入式结构特征可有效保护金属谐振层免受外部环境影响，且具有宏-微、结构-功能一体化成型的优势。图1 3D打印嵌入式超材料制备流程图2 正交开口谐振环超材料结构及尺寸：(a) 平面型；(b) 半球形仿复眼超材料 (单元尺寸为1.25mm)工艺流程如图1所示，首先使用精度为10μm的3D打印机（microArch S240，摩方精密）制备带有超材料微结构空腔的模型，再利用液态金属真空填充方法制备超材料金属微结构。超材料结构尺寸如图2所示，开口谐振环截面尺寸为0.1mm×0.2mm，顶部开口尺寸为0.3mm，谐振环外径为1mm。图3 液态金属填充及超材料性能测试：(a-b) 平面型及仿生复眼曲面共形超材料液态金属填充前与填充后；(c-d) 超材料传输性能测试图3(a)为3D打印的3D正交开口谐振环、仿复眼曲面共形超材料及局部放大图，图3(b)为填充液态金属后的超材料结构及其局部放大。在液态金属填充满超材料结构空腔后，采用光敏树脂涂覆在液态金属填充入口处并用紫外灯照射固化以密封入口。图3(c-d)为平面型及曲面共形超材料测试结果。该研究将3D打印的灵活性与液态金属的易流动、易填充性相结合，使超材料制造不再受限于复杂结构，开辟了一类复杂超材料结构制造新方法。为超材料的结构创新、功能创新及应用创新奠定工艺基础，拓展了共形超材料的应用范围，如3D光学/电磁隐身衣、智能蒙皮、超透镜等。该成果以题为“3D Printed Embedded Metamaterials”发表于国际期刊《Small》(IF = 13.281)上，论文通讯作者为厦门大学航空航天学院孙道恒教授和陈沁楠助理教授，第一作者为厦门大学航空航天学院博士生张昆鹏。该研究得到了国家自然科学基金(51975498、U1505243、U2005214)和深圳市科技创新委员会技术攻关面上项目(JSGG20201102165202007)的支持与资助。原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202103262

由于能够对太赫兹电磁波产生有效的调制，近年来，太赫兹电磁超材料受到了科研界极大的关注。太赫兹超材料的单个单元的特征尺寸一般为几十微米，传统的加工主要基于MEMS微纳加工工艺流程。然而，这些工艺流程通常都需要昂贵的实验设备并且是多工序且高耗费的。为了克服这些缺点与不足，西交大张留洋老师课题组提出了一种基于微纳3D打印结合磁控溅射沉积镀膜的太赫兹超材料制造工艺：以基于垂直U型环谐振器的三维太赫兹超材料为原型，采用高精度微纳3D打印设备nanoArch S130（BMF摩方精密）对模型进行加工，随后通过磁控溅射沉积镀金属膜赋予该结构功能性。该成果以“3D-printed terahertz metamaterial absorber based on vertical split-ring resonator”为题发表于Journal of Applied Physics期刊。 图1 基于垂直U型环的太赫兹超材料制备工艺示意图。采用面投影微立体3D打印工艺（nanoArch S130，摩方精密）在硅片表面制造树脂超材料模型，然后通过磁控溅射在树脂模型表面沉积覆盖金属铜膜。插图为基于垂直U型环的太赫兹超材料的模型剖视图。图1所示为所提出的基于垂直U型环的太赫兹超材料制造工艺流程示意图。首先，通过三维建模软件建立了超材料的数字模型，将该数字模型转化为STL格式就可以输入3D打印设备进行打印制造。打印所采用的树脂材料为一种耐高温的光敏树脂(High-temperature resistance photosensitive resin, HTL)。为了加强所打印的垂直U型环结构和硅片界面处的粘附性，在U型环和硅片表面之间额外打印了一层树脂基底。在树脂模型制造完成之后，采用磁控溅射镀膜工艺在树脂模型的表面沉积铜膜。所使用的3D打印设备（nanoArch S130，摩方精密）的光学精度为2 μm，最小打印层厚为5 μm。所采用的加工工艺主要依赖于3D打印技术，这使得整个制造过程相当的简单和高效。图2 所制造的垂直U型环太赫兹超材料扫描电镜照片与太赫兹时域光谱系统测量所得吸收谱。(a)垂直U型环局部阵列。(b)单个垂直U型环照片。(c)与(d)分别为测量和仿真所得的分别在x极化和y极化入射下超材料的吸收谱。 制造的超材料阵列的总体尺寸为9.6 ×9.6mm，一共包含了30×30个单元结构。从电镜图中可以看出，所选用的3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）可以很好地完成设计的微结构的成型。THz-TDS测量结果表明，在x极化下，超材料在0.8 THz处达到了96%的近一吸收，而在y极化下没有出现吸收峰，这与仿真所得的结果基本一致。图3 高Q值三维太赫兹超材料传感研究。(a)传感分析物的示意。(b)谐振峰频率随传感分析物的厚度而变化。(c)加载不同折射率分析物时的超材料吸收谱 (d)超材料传感折射率灵敏度。(e)加载乳糖与半乳糖粉末时的测量结果。(f)吸收峰频率的偏移。 通过仿真和实验研究了样品的传感特性。分析得出，随着传感物厚度的增大，频移逐渐加大，当厚度大于100μm时得到了最佳的效果。计算得到传感器的灵敏度为S = 0.5 THz/RIU，品质因数为FOM = 95.9。所制造的垂直U型环超材料的高度为75μm，适用于检测具有一定厚度的分析物。因此，该研究选择了典型的乳糖和半乳糖粉末作为分析物来验证垂直U型环传感器的传感能力。如图3 (e)所示，在样品表面加载乳糖和半乳糖粉末后，吸收峰的中心频率分别变为0.5335 THz和0.7603 THz，频移分别为0.2665 THz与0.0397 THz，获得了有效且明显地频移，验证了样品在折射率传感等领域的应用潜力。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

由于能够对太赫兹电磁波产生有效的调制，近年来，太赫兹电磁超材料受到了科研界极大的关注。太赫兹超材料的单个单元的特征尺寸一般为几十微米，传统的加工主要基于MEMS微纳加工工艺流程。然而，这些工艺流程通常都需要昂贵的实验设备并且是多工序且高耗费的。为了克服这些缺点与不足，西交大张留洋老师课题组提出了一种基于微纳3D打印结合磁控溅射沉积镀膜的太赫兹超材料制造工艺：以基于垂直U型环谐振器的三维太赫兹超材料为原型，采用高精度微纳3D打印设备nanoArch S130（BMF摩方精密）对模型进行加工，随后通过磁控溅射沉积镀金属膜赋予该结构功能性。该成果以“3D-printed terahertz metamaterial absorber based on vertical split-ring resonator”为题发表于Journal of Applied Physics期刊。原文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0056276 图1 基于垂直U型环的太赫兹超材料制备工艺示意图。采用面投影微立体3D打印工艺（nanoArch S130，摩方精密）在硅片表面制造树脂超材料模型，然后通过磁控溅射在树脂模型表面沉积覆盖金属铜膜。插图为基于垂直U型环的太赫兹超材料的模型剖视图。图1所示为所提出的基于垂直U型环的太赫兹超材料制造工艺流程示意图。首先，通过三维建模软件建立了超材料的数字模型，将该数字模型转化为STL格式就可以输入3D打印设备进行打印制造。打印所采用的树脂材料为一种耐高温的光敏树脂(High-temperature resistance photosensitive resin, HTL)。为了加强所打印的垂直U型环结构和硅片界面处的粘附性，在U型环和硅片表面之间额外打印了一层树脂基底。在树脂模型制造完成之后，采用磁控溅射镀膜工艺在树脂模型的表面沉积铜膜。所使用的3D打印设备（nanoArch S130，摩方精密）的光学精度为2 μm，最小打印层厚为5 μm。所采用的加工工艺主要依赖于3D打印技术，这使得整个制造过程相当的简单和高效。图2 所制造的垂直U型环太赫兹超材料扫描电镜照片与太赫兹时域光谱系统测量所得吸收谱。(a)垂直U型环局部阵列。(b)单个垂直U型环照片。(c)与(d)分别为测量和仿真所得的分别在x极化和y极化入射下超材料的吸收谱。 制造的超材料阵列的总体尺寸为9.6 ×9.6mm，一共包含了30×30个单元结构。从电镜图中可以看出，所选用的3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）可以很好地完成设计的微结构的成型。THz-TDS测量结果表明，在x极化下，超材料在0.8 THz处达到了96%的近一吸收，而在y极化下没有出现吸收峰，这与仿真所得的结果基本一致。图3 高Q值三维太赫兹超材料传感研究。(a)传感分析物的示意。(b)谐振峰频率随传感分析物的厚度而变化。(c)加载不同折射率分析物时的超材料吸收谱 (d)超材料传感折射率灵敏度。(e)加载乳糖与半乳糖粉末时的测量结果。(f)吸收峰频率的偏移。 通过仿真和实验研究了样品的传感特性。分析得出，随着传感物厚度的增大，频移逐渐加大，当厚度大于100μm时得到了最佳的效果。计算得到传感器的灵敏度为S = 0.5 THz/RIU，品质因数为FOM = 95.9。所制造的垂直U型环超材料的高度为75μm，适用于检测具有一定厚度的分析物。因此，该研究选择了典型的乳糖和半乳糖粉末作为分析物来验证垂直U型环传感器的传感能力。如图3 (e)所示，在样品表面加载乳糖和半乳糖粉末后，吸收峰的中心频率分别变为0.5335 THz和0.7603 THz，频移分别为0.2665 THz与0.0397 THz，获得了有效且明显地频移，验证了样品在折射率传感等领域的应用潜力。

由于能够对太赫兹电磁波产生有效的调制，近年来，太赫兹电磁超材料受到了科研界极大的关注。太赫兹超材料的单个单元的特征尺寸一般为几十微米，传统的加工主要基于MEMS微纳加工工艺流程。然而，这些工艺流程通常都需要昂贵的实验设备并且是多工序且高耗费的。为了克服这些缺点与不足，西交大张留洋老师课题组提出了一种基于微纳3D打印结合磁控溅射沉积镀膜的太赫兹超材料制造工艺：以基于垂直U型环谐振器的三维太赫兹超材料为原型，采用高精度微纳3D打印设备nanoArch S130（BMF摩方精密）对模型进行加工，随后通过磁控溅射沉积镀金属膜赋予该结构功能性。该成果以“3D-printed terahertz metamaterial absorber based on vertical split-ring resonator”为题发表于Journal of Applied Physics期刊。原文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0056276 图1 基于垂直U型环的太赫兹超材料制备工艺示意图。采用面投影微立体3D打印工艺（nanoArch S130，摩方精密）在硅片表面制造树脂超材料模型，然后通过磁控溅射在树脂模型表面沉积覆盖金属铜膜。插图为基于垂直U型环的太赫兹超材料的模型剖视图。图1所示为所提出的基于垂直U型环的太赫兹超材料制造工艺流程示意图。首先，通过三维建模软件建立了超材料的数字模型，将该数字模型转化为STL格式就可以输入3D打印设备进行打印制造。打印所采用的树脂材料为一种耐高温的光敏树脂(High-temperature resistance photosensitive resin, HTL)。为了加强所打印的垂直U型环结构和硅片界面处的粘附性，在U型环和硅片表面之间额外打印了一层树脂基底。在树脂模型制造完成之后，采用磁控溅射镀膜工艺在树脂模型的表面沉积铜膜。所使用的3D打印设备（nanoArch S130，摩方精密）的光学精度为2 μm，最小打印层厚为5 μm。所采用的加工工艺主要依赖于3D打印技术，这使得整个制造过程相当的简单和高效。图2 所制造的垂直U型环太赫兹超材料扫描电镜照片与太赫兹时域光谱系统测量所得吸收谱。(a)垂直U型环局部阵列。(b)单个垂直U型环照片。(c)与(d)分别为测量和仿真所得的分别在x极化和y极化入射下超材料的吸收谱。 制造的超材料阵列的总体尺寸为9.6 ×9.6mm，一共包含了30×30个单元结构。从电镜图中可以看出，所选用的3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）可以很好地完成设计的微结构的成型。THz-TDS测量结果表明，在x极化下，超材料在0.8 THz处达到了96%的近一吸收，而在y极化下没有出现吸收峰，这与仿真所得的结果基本一致。图3 高Q值三维太赫兹超材料传感研究。(a)传感分析物的示意。(b)谐振峰频率随传感分析物的厚度而变化。(c)加载不同折射率分析物时的超材料吸收谱 (d)超材料传感折射率灵敏度。(e)加载乳糖与半乳糖粉末时的测量结果。(f)吸收峰频率的偏移。 通过仿真和实验研究了样品的传感特性。分析得出，随着传感物厚度的增大，频移逐渐加大，当厚度大于100μm时得到了最佳的效果。计算得到传感器的灵敏度为S = 0.5 THz/RIU，品质因数为FOM = 95.9。所制造的垂直U型环超材料的高度为75μm，适用于检测具有一定厚度的分析物。因此，该研究选择了典型的乳糖和半乳糖粉末作为分析物来验证垂直U型环传感器的传感能力。如图3 (e)所示，在样品表面加载乳糖和半乳糖粉末后，吸收峰的中心频率分别变为0.5335 THz和0.7603 THz，频移分别为0.2665 THz与0.0397 THz，获得了有效且明显地频移，验证了样品在折射率传感等领域的应用潜力。

以碳纤维增强树脂基(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)为代表的先进复合材料，具有高比强度和比刚度、良好的耐疲劳和耐腐蚀、易于大面积成型等优点，正越来越广泛地代替金属材料用作航空/天飞行器主承力构件。受制造工艺复杂、服役环境严苛影响，CFRP容易产生材料退化，甚至分层、纤维褶皱、孔洞等缺陷，威胁结构服役安全。超声无损检测技术是实现制造质量控制和服役性能评估的有效手段，但却面临材料形状复杂、多层结构、弹性各向异性因素共同作用所致超声传播行为复杂的挑战。现有超声检测技术主要是面向声学特性较为简单的各向同性均质材料，直接沿用至CFRP结构时不可避免地存在超声信号混叠、信噪比低、成像质量差等问题。针对以上难题，中国科学院深圳先进技术研究院郭师峰研究员团队开展了系列创新性研究工作，为航空/天复合材料结构无损检测与评估提供了理论和技术支撑，包括：(1)提出了利用相控阵超声和完全非接触激光超声原位测量超声群速度分布的新方法，解决了各向异性复合材料力学性能原位、高精度测量难题，为材料强度及其退化程度定量评估提供技术支撑；(2)建立了定量描述复杂形状、多层结构、弹性各向异性对CFRP声学特性影响规律的理论模型，为复杂超声传播行为理论分析和超声成像算法研究提供可靠的模型基础；(3)提出了基于计算机科学最短路径搜索算法的声线示踪新方法，解决了高分辨率超声成像算法聚焦法则高精度计算难题，大幅提升缺陷检测灵敏度和定位/量精度。上述研究工作为航空/天复合材料结构无损检测与评估提供了理论和技术支撑。2024年9月11-12日，仪器信息网组织召开第三届无损检测技术进展与应用网络会议，邀请领域内科研、应用等专家老师围绕无损检测理论研究、技术开发、仪器研制、相关应用等方面展开研讨。期间，郭师峰研究员团队中的曹欢庆副研究员将作大会报告《多层各向异性复杂型面航空/天复合材料结构相控阵超声成像检测》，介绍上述研究工作。本次会议于线上同步直播，欢迎材料、机械、工程、无损检测等相关科研工作者、工程技术人员、科技企业人士等报名，参会交流！关于第三届无损检测技术进展与应用网络会议无损检测，即在不破坏或不影响被检测对象内部组织与使用性能的前提下，利用射线、超声、电磁、红外、热成像等原理并结合仪器对物体进行缺陷、化学、物理参数检测的一种技术手段，被广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、特种设备、矿山机械、核电、冶金、考古、食品等各个领域。为推动我国无损检测技术发展和行业交流，促进新理论、新方法、新技术的推广与应用，仪器信息网定于2024年9月11-12日组织召开第三届无损检测技术进展与应用网络会议，邀请领域内科研、应用等专家老师围绕无损检测理论研究、技术开发、仪器研制、相关应用等方面展开研讨，欢迎大家参会交流。会议链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ndt2024

全共线多功能超快光谱仪BIGFOOTMONSTR Sense Technologies是由密歇根大学研究人员成立的科研设备制造公司。该公司致力于研发为半导体研究应用而优化的超快光谱仪和显微镜，突破性的技术可将光学器件和射频电子器件耦合在一起，以稳健的方式测量具有干涉精度的光学信号，真正实现一套设备、一束激光、多种功能。图1. 全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT不仅兼具共振和非共振超快光谱探测，还可以兼容瞬态吸收光谱（Transient absorption (TAS)）、相干拉曼光谱(Coherent Raman Spectroscopy (CRS))、多维相干光谱探测(Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS))。开创性的全共线光路设计，使其可以与该公司研发的高精度激光扫描显微镜（NESSIE）联用，实现超高分辨超快光谱显微成像。全共线多功能超快光谱仪的开发也充分考虑了用户的使用体验，系统软件可自动调控参数，光路自动对齐、无需校正等特点都使得它简单易用。全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT主要技术参数：高精度激光扫描显微镜NESSIEMONSTR Sense Technologies的高精度激光扫描显微镜NESSIE可用入射激光快速扫描样品，在几秒钟内就能获得高光谱图像。该设备可适配不同高度的样品台和低温光学恒温器，物镜高度最多可变化5英寸，大样品尺寸同样适用。NESSIE显微镜是具有独立功能，可以与几乎任何基于激光测量与高分辨率成像的设备集成在一起，也非常适合与该公司研发的全共线多功能超快光谱仪集成。图2. 高精度激光扫描显微镜NESSIE 高精度激光扫描显微镜-NESSIE的输入信号为单个激光光束，输出信号为样品探测点收集的单个反向传播光束，这样的光路设计确保了反传播信号在扫描图像时不会相对于输入光束漂移，因而非常适用于激光的实验中的成像显微镜系统。图3. 使用NESSIE在室温下测量的GaAs量子阱的图像。a） 用相机测量的白光图像。b） 用调谐到GaAs带隙的80MHz激光器（5mW激光输出）进行激光扫描线性反射率测量。c） 同时测量的激光扫描四波混频图像揭示了影响GaAs层的亚表面缺陷 BIGFOOT+NESSIE应用案例：1. 高精度激光扫描显微镜用于材料表征美国密歇根大学课题组通过使用基于非线性四波混频（FWM）技术的多维相干光谱MDCS测量先进材料的非线性响应，利用激子退相和激子寿命来评估先进材料的质量。课题组使用通过化学气相沉积生长的WSe2单分子层作为一个典型的例子来证明这些功能。研究表明，提取材料参数，如FWM强度、去相时间、激发态寿命和暗/局部态分布，比目前普遍的技术，包括白光显微镜和线性微反射光谱学，可以更准确地评估样品的质量。在室温下实时使用超快非线性成像具有对先进材料和其他材料的快速原位样品表征的潜力。图4. (a)通过拟合时域单指数衰减得到的样本的去相时间图，在图(a)中用三角形标记的选定样本点处的FWM振幅去相曲线【参考】Eric Martin, et al Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022). 2.二维材料中激子相互作用和耦合的成像研究过渡金属二卤代化合物（TMDs）是量子信息科学和相关器件领域非常有潜力的材料。在TMD单分子层中，去相时间和非均匀性是任何量子信息应用的关键参数。在TMD异质结构中，耦合强度和层间激子寿命也是值得关注的参数。通常，TMD材料研究中的许多演示只能在样本上的特定点实现，这对应用的可拓展性提出了挑战。美国密歇根大学课题组使用了多维相干成像光谱（Multi-dimensional coherent spectroscopy, 简称MDCS），阐明了MoSe2单分子层的基础物理性质——包括去相、不均匀性和应变，并确定了量子信息的应用前景。此外，课题组将同样的技术应用于MoSe2/WSe2异质结构研究。尽管存在显著的应变和电介质环境变化，但相干和非相干耦合和层间激子寿命在整个样品中大多是稳健的。图5. （a）hBN封装的MoSe2/WSe2异质结构的白光图像。（b）MoSe2/WSe2异质结构在图（a）中的标记的三个不同样本点处的低功率低温MDCS光谱。（c）图（b）中所示的四个峰值的FWM(Four-Wave Mixing)四波混频积分图。（d）MoSe2/WSe2异质结构上的MoSe2共振能量图。（e）MoSe2/WSe2异质结构的WSe2共振能量图。（f）所有采样点的MoSe2共振能量与WSe2共振能量【参考】Eric Martin, et al Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022) 3. 掺杂MoSe2单层中吸引和排斥极化子的量子动力学研究当可移动的杂质被引入并耦合到费米海时，就形成了被称为费米极化子的新准粒子。费米极化子问题有两个有趣但截然不同的机制： (i)吸引极化子（AP）分支与配对现象有关，跨越从BCS超流到分子的玻色-爱因斯坦凝聚；（ii）排斥分支（RP），这是斯通纳流动铁磁性的物理基础。二维系统中的费米极化子的研究中，许多关于其性质的问题和争论仍然存在。黄迪教授课题组使用了Monstr Sense公司的全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT研究了掺杂的MoSe2单分子层。课题组发现观测到的AP-RP能量分裂和吸引极化子的量子动力学与极化子理论的预测一致。随着掺杂密度的增加，吸引极化子的量子退相保持不变，表明准粒子稳定，而排斥极化子的退相率几乎呈二次增长。费米极化子的动力学对于理解导致其形成的成对和磁不稳定性至关重要。图6. 单层MoSe2在不同栅极电压下的单量子重相位振幅谱【参考】Di HUANG, et al Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)