实施综述

p 　　从2007年党中央、国务院启动实施国家科技重大专项(以下简称重大专项)，科学家们砥砺前行，已奋战了十个年头。 /p p 　　我国提交的TD—LTE—Advanced被国际电联确定为两大主流4G国际标准之一，国产申威中央处理器成功运用于“神威· 太湖之光”超级计算机，第四代高温气冷堆核电技术保持国际领先……作为迄今为止我国最重大的战略性科技任务，十年来重大专项坚持“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的指导方针，紧紧围绕国家战略目标，凝聚科技界、产业界的优势力量集中攻关，攻克了一批关键核心技术，产出了一大批标志性成果，充分彰显了自主创新的中国力量。 /p p 　　 strong 从核高基到集成电路，从高档数控机床到天然气、核电，重大专项攻克关键核心技术，支撑引领产业跨越发展 /strong /p p 　　在相当长的一段时间内，我国的信息产业一直贴着“缺‘芯’少‘魂’”的标签。依靠核高基重大专项的支撑，这种情况已悄然改变：1999年我国芯片设计业的产值仅为一两亿元，去年则达到1644亿元，芯片自给率超过了25%。 /p p 　　“我们在核心电子器件关键技术方面取得重大突破，技术水平全面提升，与国外差距由专项启动前的15年以上缩短到5年，一批重大产品使我国核心电子器件长期依赖进口的卡脖子问题得到缓解，让国际同行刮目相看。”核高基专项技术总师魏少军说。 /p p 　　在集成电路装备专项实施前，国内集成电路制造最先进的量产工艺为130纳米 专项实施后，我国的主流工艺水平提升了5代，其中55、40、28纳米三代成套工艺已研发成功并实现量产，更先进的22、14纳米先导技术也在研发上取得突破，形成了自主知识产权 封装企业从低端进入高端，三维高密度集成技术达到了国际先进水平。该专项技术总师叶甜春介绍，集成电路专项实施以来，共申请了2.3万余项国内发明专利和2000多项国际发明专利，形成了自主知识产权体系，极大提升了我国集成电路技术自主创新能力，推动我国集成电路制造技术发展模式从“引进消化吸收再创新”转变为“自主研发为主加国际合作”的新模式，企业在国际竞争中的实力和地位今非昔比。 /p p 　　如果把现代工业比作摩天大厦，高档数控机床与基础制造装备就是这座大厦的基石。依托“高档数控机床与基础制造装备”专项，大型汽车覆盖件自动冲压线等10多类设备已达到国际领先水平，完全可实现进口替代 高速龙门五轴加工中心等20多类产品基本达到国际先进水平，高档数控系统、精密卧式加工中心等产品已完成阶段性研发。 /p p 　　作为清洁、高效、丰富、廉价的能源，天然气占全球一次能源消费的1/3。油气专项实施前，天然气仅占我国一次能源消费的2%—3%。据中国科学院院士、油气专项技术总师贾承造介绍，依托该专项，如今我国天然气年产量和累计探明储量均比专项实施前翻了一番，天然气在能源消费结构中占比由不足3%提升至6%。在油气专项的技术支撑下，我国建成了全球除北美之外的第一个商业性开发页岩气田——重庆涪陵页岩气田。截至目前，涪陵页岩气田累计产气突破100亿立方米，预计今年年产能将增加到100亿立方米，相当于建成一个千万吨级的大型油气田。 /p p 　　在能源领域，核电产业一直备受关注。借助于核电专项的支持，压水堆重大专项示范工程CAP1400实现了自主化和国产化，其安全性和经济性均实现了“青出于蓝而胜于蓝”，使我国核电产业链摆脱了受制于人的局面。据该专项技术总师、上海核工程研究设计院院长郑明光介绍，CAP1400突破了国产化标准设计、型号设计、试验验证、核电站安全评价、主设备消化吸收、关键设备超大锻件研制、安全壳制造、核岛建造安装等10项关键核心技术 截至2016年底，已形成知识产权2894项，实现了我国三代核电技术研发、工程设计、设备制造、试验验证的自主化。 /p p 　　山东荣成石岛湾核电厂的兴建，则让中国的高温气冷堆从“跟跑”走向“领跑”。据该专项技术总师、清华大学核研究院院长张作义介绍，从“863”时的跟踪高技术，到现在走到“领跑”的位置，我国在示范工程上大概要领先其他国家5—10年。 /p p 　　 strong 从移动通信到传染病防控、新药创制，从转基因育种到水污染防治，重大专项极大提高了国民生活品质 /strong /p p 　　恐怕鲜有哪个产业能像移动通信产业如此深刻地改变着我们的生活方式。在移动通信重大专项的支撑下，短短十年间我国移动通信产业实现了从“2G跟随”“3G突破”到“4G同步”的跨越。截至2016年11月，我国已建成全球规模最大的4G网络，部署基站超过249.8万个，我国用户总数达7.34亿，基于自主知识产权的第四代移动通信网络形成了中国主导、全球参与的完整产业链。 /p p 　　“如果没有这个重大专项的支撑，那些如散沙一般的创新无法凝聚成一个拳头，无法构建起我国相关产业集群在全球的竞争力。”中国工程院院士、移动通信重大专项技术总师邬贺铨说，如今我国不仅建成了全球规模最大的4G网、实现了全球规模商用，还率先提出了5G概念和技术路线，启动了5G相关技术研究、研发试验和测试试验。 /p p 　　水是万物之源健康之本。2007年12月，以解决制约我国经济社会发展的水污染重大瓶颈问题为目标的“水体污染控制与治理”重大专项正式实施。水专项技术总师、中国工程院院士孟伟介绍说，在水专项支持下，我国突破城市污水深度脱氮除磷、农业面源污染控制等1000余项关键技术 推动太湖、巢湖示范湖区消除劣五类水体，洱海流域水质稳定保持在Ⅱ—Ⅲ类，淮河重要支流贾鲁河流域水生态环境开始改善、干流水质明显好转 建设500余项科技示范工程，授权专利1400余项，形成标准、规范或技术指南300余项 得益于水专项研发的各种技术和设备，重点流域城市污水处理厂排放标准普遍从一级B升级到一级A，污水处理技术和能力已达国际一流水平。 /p p 　　“在转基因重大专项的支持下，我国的转基因育种整体研发进入国际先进水平。”据中国工程院院士、该专项技术总师万建民介绍， 2008年以来，我国育成转基因抗虫棉新品种168个，累计推广4.2亿亩，减少农药用量60%，增收节支470多亿元，已成为拥有自主知识产权的转基因棉花研发强国 抗虫转基因水稻研究国际领先，自主创新能力显著提升，获得专利1269项，专利总数仅次于美国、居世界第二位 制定转基因生物安全评价技术及检测标准和规程157项，形成了更加高效、精准、高通量的转基因生物安全评价和检测体系。 /p p 　　今年5月18日，在新药创制重大专项的支持下，国际顶尖学术期刊《自然》在线发表了我国科学家关于胰高血糖素受体和胰高血糖样肽—1受体的两项最新研究成果，为治疗Ⅱ型糖尿病和肥胖症的新药研发指明了方向。 /p p 　　据专项技术总师、中国工程院院士桑国卫介绍，新药创制重大专项实施10年来，中央财政累计投入研发经费143亿元，有效带动了社会和企业创新投入，实现直接经济效益超过1600亿元 主营收入超百亿的医药企业由专项实施前的2家增加至2016年的16家，京津冀、环渤海、长三角、珠三角等地区逐步形成相对集中、各具特色的生物医药产业集群。 /p p 　　“可以说，我们在重大突发疫情方面实现了从被动应付到主动应对的转变。”在中国疾病预防控制中心传染病预防控制所原所长徐建国院士看来，新发突发传染病防控能力的提升是传染病专项最显著的标志性成果。在该专项的支持下，我国建立了72小时内鉴定300种已知病原的检测技术体系。借助于传染病专项的技术支撑，我国有效应对了人感染H7N9禽流感、寨卡热等传染病疫情，在国际防控中彰显了中国力量。 /p p 　　 strong 再接再厉、打好决胜战，推动我国科技实现从跟跑向并跑、领跑的战略转变 /strong /p p 　　巨大成就面前，技术总师们也清醒地认识到：重大专项的进展与党中央、国务院的殷切希望和肩负的历史使命仍有一定差距 部分专项前期预判不足、高端人才缺乏 部分专项相对封闭，制约了关键核心技术的综合集成…… /p p 　　面对新一轮科技革命和产业变革的新形势，重大专项被赋予以重点突破和局部跃升带动科技水平整体提升的重要使命。技术总师们认为，在战略决胜的关键时期，重大专项更要坚定不移地走中国特色自主创新道路，更要面向国家重大需求，充分发挥制度优势，积聚力量、协同攻关，突破关键核心技术，形成重大标志性成果，填补战略空白，形成支撑高端引领的先发优势，掌握战略主动，实现从跟跑向并跑、领跑的战略转变。 /p

作者：荆淮侨 来源：中国科学报受SCIE期刊《极端制造》极端制造编辑部邀请，华中科技大学教授刘世元团队近日在该刊上发表了《10nm及以下技术节点晶圆缺陷光学检测》的综述文章，对过去十年中与光学晶圆缺陷检测技术有关的新兴研究内容进行了全面回顾。随着智能终端、无线通信与网络基础设施、智能驾驶、云计算、智慧医疗等产业的蓬勃发展，先进集成电路的关键尺寸进一步微缩至亚10nm尺度，图形化晶圆上制造缺陷的识别、定位和分类变得越来越具有挑战性。传统明场检测方法虽然是当前晶圆缺陷检测的主流技术，但该方法受制于光学成像分辨率极限和弱散射信号捕获能力极限而变得难以为继，因此亟需探索具有更高成像分辨率和更强缺陷散射信号捕获性能的缺陷检测新方法。据了解，晶圆缺陷光学检测方法的最新进展包含了缺陷可检测性评估、光学缺陷检测方法、后处理算法等三个方面。其中，缺陷可检测性评估，包含了材料对缺陷可检测性的影响、晶圆缺陷拓扑形貌对缺陷可检测性的影响两个方面。在多样化的光学缺陷检测方法上，目前，晶圆缺陷光学检测系统可根据实际使用的光学检测量进行分类。在后处理算法方面，根据原始检测图像来识别和定位各类缺陷，关键在于确保后处理图像中含缺陷区域的信号强度应明显大于预定义的阈值。在该综述研究中，也总结了代表性晶圆缺陷检测新方法。具体可划分为明/暗场成像、暗场成像与椭偏协同检测、离焦扫描成像、外延衍射相位显微成像、X射线叠层衍射成像、太赫兹波成像缺陷检测、轨道角动量光学显微成像。研究人员认为，基于深度学习的缺陷检测方法的实施流程非常简单。首先，捕获足够的电子束检测图像或晶圆光学检测图像。其次，训练特定的神经网络模型，从而实现从检测图像中提取有用特征信息的功能。最后，用小样本集测试训练后的神经网络模型，并根据表征神经网络置信水平的预定义成本函数决定是否应该重复训练。据介绍，尽管图形化晶圆缺陷光学检测一直是一个长期伴随IC制造发展的工程问题，但通过与纳米光子学、结构光照明、计算成像、定量相位成像和深度学习等新兴技术的融合，其再次焕发活力。该团队介绍，这一研究领域的前景主要包含以下方面：首先，为了提高缺陷检测灵敏度，需要从检测系统硬件与软件方面协同创新。同时，为了拓展缺陷检测适应性，需要更严谨地研究缺陷与探测光束散射机理。此外，为了改善缺陷检测效率，需要更高效地求解缺陷散射成像问题。除了IC制造之外，上述光学检测方法对光子传感、生物感知、混沌光子等领域都有广阔的应用前景。相关研究人员表示，通过对上述研究工作进行评述，从而阐明晶圆缺陷检测技术的可能发展趋势，将为该领域的新进入者和寻求在跨学科研究中使用该技术的研究者提供有益参考。华中科大机械学院研究员朱金龙、博士后刘佳敏为该文共同第一作者，华中科大教授刘世元以及朱金龙为共同通讯作者。相关论文信息：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ac64d7

National Science Review(NSR，《国家科学评论》英文版)是为了适应我国科学研究国际地位快速提升而创办的综述类期刊。作为中国第一份英文版综述性期刊(季刊)，NSR致力于全面展示国内外各科学领域的代表性研究成果，追踪报道重大科技事件，深度解读中外科学界热点研究和重要科技政策等。 　　为全方位、多角度地反映中国自然科学各领域的重要科学成就，NSR除了偏重于发表以中国代表性重大研究进展为主题的综述性论文外，还将设立社论、观点、研究亮点、读者来信和短评、专家访谈、圆桌论坛等多个栏目 对国家科技管理者的高端访谈和对国家科技政策的解读将是NSR的重要特色之一。 　　NSR的主管机构为中国科学院，主办和出版单位为科学出版社，海外推广将与牛津大学出版社合作进行，通过HighWire数字出版平台面向世界科学界开放获取(Open Access)。 　　NSR的编委会由153名国际知名科学家组成，其中以中国科学院外籍院士为主的国际编委占41%。主编为白春礼，常务副主编为蒲慕明，各学科副主编分别为：薛其坤【数理科学】、高松【化学科学】、施一公【生命科学】、周忠和【地球科学】、逯高清【材料科学】、郭雷【信息科学】。 　　NSR的主要栏目设置： 　　Editorial(社论)：由主编、副主编、编委或特邀国内外专家执笔，针对本刊办刊方针和内容、国内外科学发展和相关议题发表评论(不代表本刊立场)。 　　Reviews(综述)：NSR的主打栏目，专注于对各学科领域的最新进展做综述性、前瞻性论述，包括国际上的进展和中国科学家近年的成果，提倡中外专家联合撰写。 　　Perspectives(观点)：对某一领域科学研究重要突破的点评，讨论解读中国重要的科技政策、科技会议、科技教育、科技应用、及与社会相关议题等。 　　Research Highlights(研究亮点)：近期内发表的一篇重要原创性研究论文的解读(以华人科学家研究为主)。 　　Letters & Commentaries(短评)：本刊读者对刊物发表内容的点评，或者对公众关心话题的讨论。 　　Interviews(访谈)：对国内外有重要贡献科学家和中外科技政策主导者的访谈。 　　Forum(论坛)：作为有及时性和争议性议题的讨论平台，如有关科技发展、科技政策和体制、基金分配机制、和其他与社会有关议题。可以各种形式发表，包括点评、圆桌会议或对话记录等。 　　Special Topic(专题报道)：每期选择一个中外自然科学的重大研究进展做全方位报道，包括相关观点、访谈、简评、展望、专题综述等。 　　即将陆续在线出版的文章不仅包括白春礼、蒲慕明、薛其坤、高松、施一公、周忠和、饶毅、江雷、王中林、郭光灿、唐本忠、成会明、汪品先、李家洋、Ooi Beng Chin等NSR编委或国际一流科学家的Editorial、Reviews、Perspectives等各类文章，而且还有对NSFC主任杨卫院士的Interviews，有蒲慕明、汪品先、饶毅、王鼎盛、李亚栋等一线科学大家参与的有关&ldquo 中国科学基金资助机制&rdquo 的Forum等等。

近三年光谱结合化学计量学分析技术综述文献的评述（一）Commentary on the review articles of spectroscopy technology combined with chemometrics in the last three years褚小立（中石化石油化工科学研究院有限公司，北京，100083）摘要：近些年，现代光谱分析技术得到了迅猛发展，该技术的一个关键特征是采用化学计量学方法对光谱数据进行处理，从而尽可能多地获得有用信息，并且，该技术可直接对不同形态的复杂混合物进行定性和定量分析，在检测速度、成本、效率、通用性、自动化和便携性等方面表现出优于多数传统方法的特殊优势，在农业、食品、制药、石油、化工、烟草、环保和医学等各个领域得到了广泛的应用。因此，现代光谱分析技术也日益得到关注和重视。本文对近三年（2020-2022年）发表的涉及光谱结合化学计量学为主题的综述论文进行评述，主要论述了这类技术的发展现状、存在的挑战以及未来的发展方向，引用文献351篇。1引言现代光谱分析技术，如紫外可见光谱（UV-vis）、中红外（MIR）、近红外（NIR）、拉曼光谱（Raman）、三维荧光光谱（EEM）、太赫兹（THz）光谱、核磁共振（NMR）光谱、激光诱导击穿光谱（LIBS）等，可直接对不同形态的复杂混合物进行定性和定量分析，具有速度快，效率高，可无损和在线分析等优势，在农业、食品、制药、石油、化工、烟草、环保和医学等各个领域得到了广泛的应用（图1）。该技术的一个显著特点是借助化学计量学方法从光谱数据中尽可能多的提取详细的有价值的化学信息，其目的是为了显著提高分析结果的稳健性和准确性，使传统光谱技术不可实现的应用成为现实。图1 光谱结合化学计量学方法的分析技术框架图近年来，随着人工智能、大数据、云计算等，尤其是深度学习的快速发展，为化学计量学注入了新思路、新途径和新方法，用于光谱分析的新型化学计量学方法如雨后春笋般涌现出来，成为国内外本领域专家学者的重点和热点研究方向。借助材料学、MEMS制造技术、计算机技术等的进步，光谱类仪器及其应用也得到了长足发展。近三年（2020-2022年），光谱结合化学计量学的综述论文也如井喷式般的出现，涉及到光谱学、光谱仪器、化学计量学（机器学习）方法、以及在诸多领域的应用研究等方方面面。本文以“化学计量学（chemometric）” 或“机器学习（machine learning）”，“光谱（spectroscopy）”或“光谱技术（spectroscopic technology）”或“光谱仪（spectrometer）”，以及“综述（review或overview）”为关键词，以2020年至今为时间段，在Science Direct、Scopus、Web of Science、Google Scholar和知网（CNKI）上进行检索，对检索到的351篇综述类论文进行了整理、归纳和评述。2 光谱学与光谱技术2.1近/中红外光谱Beć等综述了量子计算化学在近红外光谱解析方面的进展，指出振动光谱学与计算化学形成的显著的协同作用，随着理论方法和计算机技术的进步，将大大提高振动光谱，特别是近红外光谱的应用潜力[1]。在另一篇综述中，他们论述了明确且详细的谱带归属研究对深入认识和理解近红外光谱的重要意义，解释了不同微型光谱仪所提供的化学信息贡献的差异的原因[2]。水光谱组学是一门研究水和水系统分子间氢键组成形态的新兴科学，它通过观察近红外光对水的作用所表征特征峰的变化来分析水系统中溶剂与溶质间的作用关系，具有非侵入性、分析速度快和定性定量等特点。孙岩等总结了用于温控近红外光谱分析的化学计量学方法，以及利用温控近红外光谱技术研究小分子的结构和蛋白质、温敏聚合物结构转变过程等方面的研究工作，利用随温度变化的水光谱信息，可实现对含水混合物的定性和定量分析[3]。陈定芳等梳理了水光谱组学的历史沿革、研究方法及其应用现状，阐明了水光谱组学用于测定人体经络脏腑的超分子结构特征的可行性[4]。褚小立等从振动光谱基础理论、光谱仪器硬件和化学计量学3个方面对近红外光谱分析技术的最新进展进行了综述，认为以近红外光谱为核心的商业产品将在不同应用领域进一步提供深化和细化的服务，近红外光谱有望成为与时代发展特征（如人工智能、大数据、云计算和物联网等）最相关的一项分析技术[5]。王家俊等探讨了在网络化应用环境中，近红外光谱仪器设备存在的硬件差异以及传统化学计量学方法在建模、数据处理存在的不足对近红外光谱的深度应用产生的影响，提出了云计算应用的解决思路，并对大数据时代近红外光谱分析网络化模式的应用前景进行了展望[6]。Fakayode等介绍了近红外光谱、傅里叶变换红外光谱仪器和拉曼光谱的最新技术创新进展，对2015-2018年期间近红外光谱、傅里叶变换红外光谱仪器和拉曼光谱在药品、食品等质量控制和保证等方面的应用现状进行了探究[7]。霍学松等综述了近些年新型的商品化微小型（便携式、手持式和袖珍式）近红外光谱仪器及其应用进展，指出物联网技术在智能农业、智能工厂、智能医疗和智慧城市等众多领域的兴起，成为推动近红外光谱传感器向着微型化方向发展的主要力量[8]。Zhu等综述了商品化便携式近红外光谱仪的主要类型，总结并比较了它们的性能指标，还介绍了促进小型化的新技术，对仪器未来发展的前景进行了展望[9]。表面增强红外吸收（SEIRA）是一种超灵敏的红外光谱技术，能够实现亚单层膜水平的表面选择性探测。Zhou等对SEIRA传感机制和理论模型的进展进行了综述，从结构设计、材料选择到结合机器学习算法等方面讨论了优化SEIRA性能的方法[10]。2.2拉曼光谱Pan等综述了人工智能方法结合拉曼光谱用于分析复杂混合物的进展，包括化学品、食品、药品和医学诊断等，指出拉曼光谱如SERS可以与红外光谱相结合，以增强物质识别能力[11]。Orlando等综述了拉曼光谱在先进材料科学表征中的应用进展，认为随着现场拉曼分析的推广应用，该技术在未来有望成为材料表征的常规分析技术[12]。Löbenberg等系统比较了不同拉曼分析技术的特点，介绍了拉曼光谱作为过程分析技术（PAT）工具在医药产品和工艺开发中的应用进展[13]。图2 用于体内上皮组织诊断的快速光纤共焦拉曼光谱系统Heng等综述了现代拉曼仪器、微型光纤拉曼探针设计和制造的最新进展（图2），论述了实时光纤拉曼光谱在临床内窥镜检查期间改善体内癌前病变和癌症早期诊断等方面具备的潜力[14]。Barik等概述了用于体内测量的不同光纤探针，重点介绍了用于生物医学的拉曼光谱探头，并对影响探针提取最佳光谱特征的各种方面，如光纤探头、辐射源、探测器和光谱仪等进行了探究[15]。 图3 基于SERS的传感器在农业应用示意图表面增强拉曼光谱（SERS）是一种高度灵敏的技术，可增强由某些纳米结构材料支撑的分子的拉曼散射。Han等概述了SERS设备、SERS活性材料制备和SERS测量的详细信息，重点介绍了SERS与化学计量学结合在多个研究领域的最新应用，包括探测表面反应和界面电荷转移、结构表征和化学/生物传感。此外，还讨论了SERS光谱再现性、技术局限性和可能的优化方法[16]。Liu等对目前SERS农业传感器现状和发展进行了总结，较全面地阐述了SERS在农产品质量安全控制中，对农药残留等有害物质检测的发展和应用（图3），介绍了SERS 传感器/基底在不同应用场景中的优势和价值[17]。空间偏移拉曼光谱（SORS）技术可在一定程度上克服通过包装对材料进行定性或定量分析的问题。Arroyo-Cerezo等综述了SORS结合化学计量学方法在食品和农业领域的应用，比较了商业和工业分析仪以及实验室规模的食品和饮料SORS实施情况，讨论了未来在农业食品供应链中的部署途径[18]。低频拉曼光谱（LFR）探测与长程有序（即结晶度）相关的振动模式，该模式可提供固态结构特征和其他特性的独特信息。Bērziņš等详细讨论了LFR的基础理论、仪器和数据分析（包括化学计量学和计算技术的应用）的各个方面，并总结了LFR在药物分析中的新应用[19]。2.3太赫兹光谱随着光源和探测器组件的迅猛发展，太赫兹（THz）谱技术最近在医学、材料、生物传感和制药工业等多个领域都得到了较快发展。Feng综述了太赫兹光谱与化学计量学结合的最新进展，以及太赫兹谱在评估食品质量和确保食品安全方面中的应用，并讨论了太赫兹谱的优势和一些固有的局限性[20]。Rawson等讨论了太赫兹光谱的原理和仪器，重点介绍了太赫兹技术在水分监测、土壤传感、种子分类、品种来源鉴别、残留检测、微生物、毒素和食品腐败检测、食品掺假鉴定、食品或农产品中的异物检测等方面的应用[21]。2.4 LIBS光谱激光诱导击穿光谱法（LIBS）是一种简单、直观、多用途的原子发射光谱法，它将快速脉冲激光束聚焦到样品上，形成含有其组成元素的等离子体，然后使用发射光的光谱分析检测存在的元素。激光诱导击穿光谱技术具有多元素同时检测、结构简单、检测速度快、不受样品形态影响等特点，在诸多领域展现出广阔的应用前景。Andrade等综述了近些年LIBS样品制备、定性分析、校正策略以及提高LIBS分析灵敏度方法的进展，指出现场应用、在线应用、以及与化学计量学方法的深度融合是未来LIBS技术的主要发展趋势[22]。李祥友等综述了激光诱导击穿光谱技术的机理、装置类型、基础研究进展（信号增强方法、定性定量分析方法），以及在深空探测、地质勘探、环境污染、食品安全、工业冶金和生物医疗等领域的应用进展，指出为了实现海量材料的快速、高灵敏度检测，在线 LIBS 装置的研制将是未来的发展趋势[23]。Harmon等论述了实验室和现场LIBS分析技术，综述了LIBS在大气、天然水、矿物、岩石、沉积物和土壤等地球科学领域中的应用研究进展[24]。Wang等总结了LIBS定量分析技术的最新进展，包括不确定性和误差产生机制、硬件改进和定量校正方法（包括基于物理原理的校正模型、基于数据驱动的校正模型和混合模型），解释了信号不确定性和矩阵效应对LIB定量分析性能的影响，提出了LIBS定量分析的改进策略框架[25]。Chen等综述了激光诱导击穿光谱（LIBS）与机器学习相结合在地球化学和环境资源勘探中的最新进展，提出了LIBS在未来发展中的潜在应用，包括现场快速筛选和极端环境下的远程探测等。由于LIBS可同时分析轻元素和重元素含量，在工业中，特别是在钢铁、汽车和飞机制造业中变得非常流行[26]。Velásquez-Ferrín 论述了LIBS在分析食品微量营养素、基本成分和有毒物质的应用进展，包括谷物、蔬菜、盐、酒精饮料、烟草、糖、肉、鱼、咖啡、茶和水等[27]。Legnaioli等综述了激光诱导击穿光谱（LIBS）在工业应用中的进展，包括能源工业、制药业、金属工业、建筑业、食品和饲料工业、资源回收工业等[28]。图4 激光诱导击穿光谱成像技术的应用示意图曾庆栋等综述了便携式LIBS的发展历程，对各种激光光源（小型 Nd:YAG固体激光器、二极管泵浦固体激光器、微片激光器、光纤激光器以及光纤传能的方案）应用于便携式LIBS系统的最新研究进展进行了综述和分类讨论，提出在应用领域应当从“专机专用”的角度着手，即一个样机只针对某个领域的某几种元素，甚至是某几个谱线来设计[29]。Limbeck等综述了LIBS成像仪器和相关化学计量学方法的最近进展，总结了LIBS成像在生命科学、地质学和材料科学领域的应用实例（图4），展示了LIBS在空间分辨分析中的优势，还讨论了该技术的未来前景和潜在应用[30]。2.6微型光谱仪光学、半导体、智能手机和许多其他制造技术的最新进展促进了光谱仪器的小型化和微型化。从未来的角度来看，这些传感器的小型化和性能改进将导致广泛的传感网络与物联网相结合，提供前所未有的现场诊断，从而为医疗保健和环境监测等许多其他应用提供实时分析。Yang等对光谱仪微型化的技术路线、技术突破及其后续应用进行了系统的分析，总结了过去三十年中所发展的四种微型光谱仪（图5），即色散型（dispersive optics）、窄带滤光型（narrowband filters）、傅里叶变换型（Fourier transform）和计算光谱（reconstructive）。论文指出了微型光谱仪发展历程中的重要技术突破，认为微型光谱仪的发展主要依赖于加工技术的进步和计算能力的提升[31]。图5 超小型微型光谱仪的四种策略示意图Biswas等概述了智能手机光谱仪的最新发展，重点是光收集、色散、检测和光谱校准，这些光谱仪可以利用实时物联网将边缘数据传输到云端，在未来，该仪器或将为使用者提供前所未有的现场诊断[32]。Zhi等总结了国内外微型光谱仪的发展现状，重点介绍了微型光谱仪在精准农业中的应用研究进展，指出随着新原理、新工艺和新材料的发展，微型光谱仪在提高特异性的同时，正朝着高性能、高集成度和单芯片方向发展[33]。荧光传感器有着高灵敏度和特异性的优点，Shin等论述了便携式不同类型荧光传感器的特点，并讨论了其在水质监测、生物医学等领域的应用进展[34]。Zhang等从理论、实现和性能指标方面系统地回顾了芯片傅里叶变换光谱仪（FTS）的进展，尤其是芯片静态FTS，包括空间调制、时间调制和空时共调制FTS，指出芯片FTS的应用将会逐渐扩展到食品安全、健康分析和大气探测等领域[35]。Ravindran评述了用于微光谱仪的光栅技术的新研究趋势，探究了评估光栅性能的主要参数，发现光栅效率、凹槽密度、自由光谱范围和分辨率对光栅性能有重要影响[36]。王飞等论述了片上光谱成像系统的分光原理、集成方式，展望了片上光谱成像系统在生物医疗、环境监测、军事装备和智能消费电子等领域的应用前景，指出未来基于片上光谱成像系统的各种光谱成像设备将真正进入掌上时代，深度融入个人日常生活，在食品安全、移动健康等方面展现出其独特的魅力[37]。3 化学计量学算法与策略3.1概述Wang等从实用性的角度综述了近十年来在现代光谱分析中应用的各种化学计量学方法，包括光谱预处理、波长（变量）选择、数据降维、定量校正、模式识别、模型传递、模型维护和多光谱数据融合等[38]。Houhou等重点介绍了化学计量学、机器学习和深度学习等人工智能方法用于光谱和成像分析的最新研究和趋势，包括核磁共振、质谱、振动光谱、X射线、原子力显微镜、电子显微镜和二维色谱等，他们认为深度学习在生物医学中的应用，以及数据融合方法，是未来研究的主题之一[39]。Zhang等汇总了用于LIBS多元定量和定性分析的机器学习方法（图6），讨论了模型可解释性、数据集大小、过拟合以及噪声、干扰等问题和挑战[40]。Costa等也综述了用于LIBS的化学计量学方法，比较了多种定量校正方法的优缺点[41]。图6 人工智能、机器学习、化学计量学之间的关系示意图图7 用于电化学、光谱学和联用质谱学中的化学计量学方法框架图Peris-Díaz等引用300多篇文献回顾了2018～2020期间化学计量学方法在电化学、光谱学和联用质谱学中的应用研究和发展趋势（图7），并论述了使用这些方法时要避免的潜在陷阱[42]。图8 光谱分析中常用的化学计量学方法工具箱Meza Ramirez等介绍了应用于光谱分析的机器学习和人工智能背景、概念和方法，及其在生命科学和医疗领域的最新研究进展，并给出了光谱分析中常用的机器学习和人工智能工具箱（图8）[43]。Oliveira等综述了各种分析技术与化学计量学方法结合用于石油泄漏研究中的应用和研究进展，讨论了化学计量学方法的一些概念性和不当使用等问题[44]。Aleixandre-Tudo等对化学计量学在食品科学和技术研究领域的应用进行了文献计量学评估，结果表明，化学计量学是一个内容丰富且发展快速的领域，广泛应用于食品领域[45]。Rocha等综述了2008-2018年期间非线性方法（人工神经网络、支持向量机、自组织映射等）在食品（蔬菜、水果、食用油和奶制品等）分类和预测分析中的应用，讨论了非线性方法相对于传统多元分析方法的优缺点[46]。Carolien等用实例对用于食品质量评估的多种化学计量学方法进行了探究，指出食品科学家和统计学家之间需要跨学科合作，以便正确使用数据分析方法并合理解释结果[47]。Ma等全面综述了神经网络在食品分析（如食品识别、食品供应链安全和组学分析等）中的应用进展，提出友好界面软件包的空白、难以解释的模型行为、多源异质数据等是阻碍神经网络广泛推广应用的主要挑战[48]。3.2光谱预处理与波长选择由于测量模式、样品状态和其他外部物理、化学和环境因素，光谱仪等分析仪器产生的数据可能包含不必要的变化。数据预处理的总体目标是从信号中去除不必要的变化或影响，以便与感兴趣属性相关的有用信息可用于有效建模。基线漂移是拉曼、中红外、近红外以及激光诱导击穿光谱等光谱仪器测量过程中经常出现的问题，会对光谱的定量和定性分析产生不利影响。王海朋等系统评述了光谱基线校正的基本算法、改进算法和新型算法及其应用研究进展，认为目前的基线校正算法大都没有从机理或光谱本质方面对基线漂移做出解释，在具体应用时应根据具体的对象加以选择和改进[49]。Mishra等系统介绍了用于光谱预处理的方法，重点论述了新出现的集成融合预处理方法，并归纳出了三种基于集成融合的预处理策略[50]。波长（变量）选择是近红外光谱（NIR）多元校准的重要步骤，也是近红外光谱研究的一个热点。现如今，已经开发了大量的变量选择方法，由于其原理和应用范围的不同，它们具有不同的优点和缺点。Fu等归纳了基于联合策略开发的变量选择方法，联合方法的目的是应用两种或多种变量选择算法，利用它们各自的优势，从高维NIR数据集中更有效地选择特征波长[51]。de Araújo Gomes等则概述了用于食品光谱数据分析中的波长变量筛选方法，并通过定量校正和分类识别实例论述了变量选择的重要性[52]。3.2多维高阶算法化学多维校正方法具有突出的“二阶或更高阶优势”，被视为借助绿色智能的“数学分离”来替代或增强传统的“物理/化学分离”，这避免或显著简化了样品预处理过程，减少了分析时间。此外，可以消除背景基体和干扰信号的影响，即使在存在未知干扰的情况下，也可以实现对感兴趣的多个分量的同时、快速和准确的定量分析。Wu等综述了基于各种高阶分析数据的多维校正的理论和分析应用的最新进展，重点讨论了多线性模型及其扩展、具有二阶或高阶优势的多维校正算法以及其他基本问题，并着重介绍了它们对绿色分析化学的贡献，例如在环境样品定量分析中的应用[53, 54]。在另一篇综述中，吴海龙等则系统综述了近5年来二阶、三阶、四阶校正方法与不同高阶分析仪器相结合的代表性应用，强调了多维校正方法对绿色分析化学的贡献[55]。图10 近红外光谱成像与高阶化学计量学算法用于药物杂质测定和有效期估计的分析流程图Sun对用于化学和生物制造过程中张量数据分析的方法进行了综述，指出张量数据分析是一种有前景的过程理解和优化工具，为提取有用的过程信息开辟了新的可能性[56]。Vignaduzzo等讨论了高阶化学计量学与多种仪器技术（如紫外-可见光谱、荧光、色谱、电化学等）相结合解决药学定性和定量问题的研究进展，是解决包括降解研究、杂质和原料药测定（溶解试验、均匀性试验等）等问题的有力工具（图10），还讨论了该策略在药物鉴定、PAT和QbD中的应用潜力[57]。Yu等综述了多维校正算法与近红外光谱结合在食品工业过程控制、质量评价、欺诈识别和分类、以及图像分析等方面的应用进展，作者认为，多维算法与光谱数据的结合可以将食品加工数据信息转化为操作知识，能进一步提高对食品系统和食品过程的理解[58]。Mazivila等论述了如何利用多维分辨方法从基于分析物触发的半导体量子点（QD）荧光调制（猝灭/增强）的传感平台中体现激发发射荧光矩阵（EEFM）的二阶优势，包括平行因子分析（PARAFAC）、多元曲线分辨交替最小二乘（MCR-ALS）和基于残差双线性的未展开偏最小二乘（U-PLS/RBL）[59]。de Juan等系统论述了多元曲线分辨（MCR）方法50年的发展历程，重点介绍了MCR在组学、成像或多维色谱等领域的新应用[60]。Mazivila 等则重点论述了MCR-ALS结合光谱和色谱技术在过程分析化学（PAC）和过程分析技术（PAT）中用于实时过程监测和控制的进展[61]。Park等系统综述了二维相关光谱在概念、实验方法和应用研究等方面的进展，强调了二维相关光谱与多元分辨和多元校正方法的结合[62]。Yang等重点综述了二维相关光谱结合多维化学计量学方法在乳制品、酒精饮料、食用油等食品质量检测中的应用[63]。Liu等综述了二维相关光谱在水环境、土壤环境和大气环境检测和分析中的应用，特别是在研究环境中有机物的分子特性以及与金属离子的相互作用机理等方面的进展[64]。Rutherford等讨论了应用于生物流体红外光谱分析的机器学习分类算法，强调了二维红外光谱的多维性及其具有的丰富信息，其与分类算法结合具有令人鼓舞的潜力[65]。本文为评述第一部分，第二部分查看请点击此处

近日，威斯康星大学麦迪逊分校葛瑛教授应《自然综述方法导论》（Nature Reviews Methods Primers）邀请，联合了多位蛋白质组学领域科学家共同撰写的”自上而下蛋白质组学“（Top Down Proteomics）综述文章成功发表。本文的第一作者是葛瑛教授的博士生David Roberts，他目前正于斯坦福大学诺贝尔化学奖得主Carolyn Bertozzi教授的指导下进行博士后研究。《自然综述方法导论》（Nature Reviews Methods Primers）创刊于2021年1月，致力于加强多学科对综合性、复杂性科学问题的协同攻关，通常围绕一个重要主题，邀请跨地区、跨学科的多名顶尖学者合作撰写介绍和总结先进方法或技术的引导性综述，旨在面向更为广泛的读者，概述该主题相关方向的发生发展、方法与应用。葛瑛等在该文中详细介绍了自上而下蛋白质组学技术方法和最新应用，并梳理了该领域所面临的技术挑战和未来发展前景。自上而下蛋白质组学（Top-Down Proteomics，TDP）是一种前沿的分析技术，通过直接分析完整的蛋白质分子，提供了对蛋白质组的全貌视角。与传统的自下而上方法不同，后者需要将蛋白质消化成肽段进行分析，自上而下蛋白质组学保留了蛋白质的完整性和所有的翻译后修饰（PTMs）信息。这对于全面了解蛋白质的功能和动态变化至关重要。TDP的核心优势在于其能够准确识别和表征蛋白质变体（proteoforms），这些变体是由基因多态性、RNA剪接和各种PTMs产生的。通过高分辨质谱技术，TDP可以精确地测量蛋白质的分子量，解析其一级结构，并识别其修饰位置和类型。这种能力使得TDP在揭示蛋白质功能、疾病机制以及生物标志物发现方面具有巨大潜力。在实验操作上，TDP涉及从样品制备、蛋白质分离、质谱分析到数据处理的多个步骤。样品制备需要特别注意蛋白质的提取和纯化，以保持其完整性。质谱分析则依赖于高分辨质谱仪器，如四极杆飞行时间质谱（Q-TOF）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等。数据处理和分析方法也在不断发展，以应对TDP产生的大量复杂数据。近年来，TDP技术在多种应用中取得了显著进展，包括生物医学研究、疾病诊断和生物制药开发。例如，人类蛋白质变体项目旨在全面绘制人类蛋白质变体图谱，为精准医学提供基础数据支持。此外，TDP还在探索生物标志物和治疗靶点方面展现出巨大的潜力。尽管如此TDP仍面临一些挑战，如高复杂度的样品处理、数据分析难度大和仪器要求高等。未来的研究将继续致力于优化这些技术细节，提高TDP的灵敏度和准确性，扩大其应用范围随着技术的不断进步，自上而下蛋白质组学有望在更多领域发挥重要作用，推动生命科学和医学研究的前沿发展。综述论文链接：https://www.nature.com/articles/s43586-024-00318-2.epdf?sharing_token=COpcr8STB7LLuFGw1WzSb9RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0Pexs-IoMaC2jUJ4NS8tHNjD4ZV9O4HC1i8tk8NHMk8_JHuptH_gUjNdkoANzz1ye5kvJZe-CkjPcGqZUDgZ1z5dRXEy0mPxl8WCdrHVEaUgsR7hRkijTIS-rAweHYCqgA%3D

p 　　 /p p style=" text-align: center " img title=" Trends.jpg" alt=" Trends.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/d7615d78-d7c5-408c-bda4-d35c9052469a.jpg" / /p p style=" text-align: center " img title=" 201810220940558352.jpg" alt=" 201810220940558352.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/2afe12a4-d8a2-4810-82cb-ba8d966349f7.jpg" / /p p 全球管线快速扩增 /p p 　　该综述指出，在2017年9月到2018年9月这短短1年的时间里，全球免疫疗法管线激增67%。2017年，相应的研究项目共有2031个。到了2018年，这一数字已经飞速增加到了3394。 /p p 　　但研究人员们也指出，这一增长态势并非均衡分布。如果我们按照种类进行区分，则肿瘤免疫疗法大致可以被分成6类——靶向T细胞的免疫调节药物(如针对PD-1或CTLA4的单克隆抗体)、其他免疫调节药物(如靶向TLR或IFNAR1)、癌症疫苗、细胞疗法(如CAR-T疗法和TCR-T疗法)、溶瘤病毒、以及靶向CD3的双特异性抗体(如blinatumomab)。 /p p style=" text-align: center " img title=" trends2.jpg" alt=" trends2.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/a04ca3cc-f142-4e20-869c-7baa423ee694.jpg" / /p p 　　其中，细胞疗法的增长幅度最大，达到了113%。事实上，它也超过了癌症疫苗，成为了癌症免疫疗法的第一大类，占所有疗法的四分之一。而溶瘤病毒则增长甚微，一年只增长了16%。 /p p 　　创新层出不穷 /p p 　　研究人员们在综述里指出，过去一年里，癌症免疫疗法的靶点增长了约50%，总数目达到了417。从涉及的研究项目来看，越来越多的新靶点正得到研发人员的关注——去年，一半的研发管线来自23个热门靶点。今年，这一数字上升到了48，是去年的2倍有余。 /p p style=" text-align: center " img title=" trends3.jpg" alt=" trends3.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/9b80e72e-b4df-460e-a368-012aeda6b548.jpg" / /p p 　　值得一提的是，人们并没有满足于重复过去的成功。综合来看，那些已经有获批新药的靶点，尽管还能够吸引新的研发项目，但总体的增长幅度不如那些尚未有获批新药的靶点。举例来说，上文中我们提到细胞疗法项目的增长幅度为113%，但其中靶向CD19的细胞疗法，只增加了37%，不如新兴的细胞疗法。而在另一方面，靶向肿瘤新抗原的研发管线则在一年里增加了133%。 /p p 　　研究人员们指出，这些数据表明未来，我们有望看到更多类型的癌症免疫疗法获批上市。 /p p 　　谁在研发免疫疗法? /p p 　　2018年，共有655个公司与机构正在积极研发免疫疗法，这一数字较去年同期增长42%。如人们所料，最为活跃的公司与机构榜单上，前8名均为大型医药企业。但值得一提的是，学术科研机构也正在扮演越来越重要的角色。在这份榜单的前15名里，有4家属于科研机构，其中三家来自中国，它们分别是深圳市免疫基因治疗研究院(Shenzhen Geno-Immune Medical Institute)，中国人民解放军总医院(China PLA General Hospital)，以及第三军医大学第一附属医院(Third Military Medical University Hospital One)。 /p p style=" text-align: center " img title=" trends4.jpg" alt=" trends4.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/8e72c806-e44b-45c5-becd-7de65532bf40.jpg" / /p p 　　当然，这一年虽然增加了许多癌症免疫疗法，但大多还处于研发早期——这些管线中，处于临床前阶段的疗法共有2107个，比去年同期增长97%，且要高于处于临床阶段的疗法(1287个)。这虽然体现了创新疗法的研发，但也表明距离这些免疫疗法问世，可能还需要一定的时间。 /p p 　　总结 /p p 　　在综述的最后，作者们也指出，尽管癌症免疫疗法在近年来取得了一系列突破，但IDO1抑制剂等新靶点在研发上的失利也表明，科学转化成疗法的道路上存在一定风险。往前方看，为了带来更多疗法，科学证据必须是首要的考虑因素。如果我们能找到预示患者良好预后的生物标志物，并综合成功与失败的临床试验进行分析，那无疑能让我们距离成功更近一步。 /p p 　　本文题图来自pixabay。 /p p 　　参考资料： /p p 　　[1] Jun Tang et al., (2018), Trends in the global immuno-oncology landscape, Nature Reviews Drug Discovery, DOI: https://doi.org/10.1038/nrd.2018.167 /p p & nbsp /p

摘要：石墨烯具有目前已知材料中最高的热导率，在电子器件、信息技术、国防军工等领域具有良好的应用前景。石墨烯导热的理论和实验研究具有重要意义，在最近十年间取得了长足的发展。本文综述了石墨烯本征热导率的研究进展及应用现状。首先介绍应用于石墨烯热导率测量的微纳尺度传热技术，包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。然后展示了石墨烯热导率的理论研究成果，并总结了石墨烯本征热导率的影响因素。随后介绍石墨烯在导热材料中的应用，包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯在热界面材料中的应用。最后对石墨烯导热研究的成果进行总结，提出目前石墨烯热传导研究中存在的机遇与挑战，并展望未来可能的发展方向。关键词：石墨烯；热导率；声子；热界面材料；悬空热桥法；尺寸效应1 引言石墨烯是具有单原子层厚度的二维材料，因为其独特的电学、光学、力学、热学性能而备受关注。相对于电学性质的研究，石墨烯的热学性质研究起步较晚。2008年，Balandin课题组用拉曼光谱法第一次测量了单层石墨烯的热导率，观察发现石墨烯热导率最高可达5300 W∙m−1∙K−1，高于石墨块体和金刚石，是已知材料中热导率的最高值，吸引了研究者的广泛关注。随着理论研究的深入和测量技术的进步，研究发现单层石墨烯具有高于石墨块体的热导率与其特殊的声子散射机制有关，成为验证和发展声子导热理论的重要研究对象。对石墨烯热导率的研究很快对石墨烯在导热领域的应用有所启发。随着石墨烯大规模制备技术的发展，基于氧化石墨烯方法制备的高导热石墨烯膜热导率可达~2000 W∙m−1∙K−1。高导热石墨烯膜的热导率与工业应用的高质量石墨化聚酰亚胺膜相当，且具有更低成本和更好的厚度可控性。另一方面，石墨烯作为二维导热填料，易于在高分子基体中构建三维导热网络，在热界面材料中具有良好应用前景。通过提高石墨烯在高分子基体中的分散性、构建三维石墨烯导热网络等方法，石墨烯填充的热界面复合材料热导率比聚合物产生数倍提高，并且填料比低于传统导热填料。石墨烯无论作为自支撑导热膜，还是作为热界面材料的导热填料，都将在下一代电子元件散热应用中发挥重要价值。本文综述了石墨烯热导率的测量方法、石墨烯热导率的研究结果以及石墨烯导热的应用。首先介绍石墨烯的三种测量方法：拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。然后介绍石墨烯热导率的测量结果，包括其热导率的尺寸依赖、厚度依赖以及通过缺陷、晶粒大小等热导率调控方法。随后介绍石墨烯导热的应用，主要包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯导热填料在热界面材料中的应用。最后对石墨烯导热研究的发展进行展望。2 石墨烯热导率的测量方法由于石墨烯的厚度为纳米尺度，商用的测量设备(激光闪光法、平板热源法等)无法准确测量其热导率，需要采用微纳尺度热测量方法。常见的微纳尺度传热测量技术包括拉曼光谱法、悬空热桥法、3𝜔法、时域热反射法等几种。下面将重点介绍适用于石墨烯的热导率测量方法。2.1 拉曼光谱法单层石墨烯热导率是研究者最感兴趣的话题。2008年，Balandin课题组最早用拉曼光谱法测量了单层石墨烯的热导率。单层石墨烯由高定向热解石墨(HOPG)经过机械剥离法得到，悬空于刻有沟槽的SiNx/SiO2基底上，悬空长度为3 μm。测量时，选用拉曼光谱仪中波长为488 nm的激光同时作为热源和探测器，光斑大小为0.5–1 μm。激光对石墨烯产生加热作用导致石墨烯温度升高，而石墨烯拉曼光谱的G峰和2D峰随温度产生线性偏移，从而可以得到石墨烯的升温。利用热量在平面内径向扩散的傅里叶传热方程，可以得到石墨烯的平面方向内热导率。通过这一方法，测得石墨烯热导率测量结果为（5300 ± 480） W∙m−1∙K−1，是已知材料中热导率的最高值。拉曼光谱法第一次实现了单层石墨烯热导率的测量，但是其测量过程中存在较大的误差，导致不同测量结果存在差异：材料热导率由傅里叶传热方程计算得到，其中材料的吸收热量Q和升温ΔT两个参数都难以准确测量。首先，测量过程中采用了石墨块体的光吸收6%作为吸热计算的依据，与单层石墨烯在550 nm的光吸收率2.3%存在较大差异，导致测量结果可能被高估一倍左右。其次，升温ΔT通过石墨烯拉曼光谱G峰和2D峰的红移或反斯托克斯/斯托克斯峰强比计算得到，两者随温度变化率较小，需要较高的升温(ΔT ~ 50 K)，导致难以准确测量特定温度下的热导率。基于拉曼光谱法，研究者不断改进测量技术，降低实验误差。在早期测量中由于石墨烯下方的SiNx基底热导率较低，约为5 W∙m−1∙K−1，在传热模型中将SiNx视为热沉存在一定误差。后来，Cai等通过在带孔的SiNx/SiO2薄膜表面蒸镀Au的方式，提高了石墨烯的接触热导，满足了热沉的边界条件，同时用功率计实时测量了石墨烯的吸收功率。同时，由于石墨烯覆盖在SiNx/SiO2薄膜上有孔和无孔的区域，可以分别测量悬空石墨烯和支撑石墨烯的热导率。张兴课题组使用双波长闪光拉曼方法，引入两束脉冲激光，周期性地加热样品并改变加热光与探测光的时间差，这样做可以将加热光和探测光的拉曼信号分开，为准确测量样品温度提供了新思路。在后续的研究中，拉曼光谱法也被应用于h-BN、MoS2、WS2等二维材料热导率的测量。2.2 悬空热桥法悬空热桥法是利用微纳加工方法制备微器件并测量纳米材料一维热输运的常用方法，多用于纳米线、纳米带、纳米管热导率的测量。微器件由两个SiNx薄膜组成，每个SiNx薄膜连接在6个SiNx悬臂上，并且沉积有Pt电极用作温度计，两个薄膜分别作为加热器(Heater)和传感器(Sensor)，样品悬空加载薄膜上，电极通电后加热样品，通过电极电阻的变化测量样品的升温，从而计算热导率。Seol等最早将这一方法应用在石墨烯热导率的测量中，石墨烯被制备成宽度为1.5–3.2 μm，长度为9.5–12.5 μm的条带，覆盖在厚度为300 nm的SiO2悬臂上，两端连接在四个Au/Cr电极上作为温度计，测量得到SiO2衬底上的单层石墨烯热导率为600W∙m−1∙K−1。SiO2衬底上石墨烯热导率低于悬空石墨烯热导率及石墨热导率，是因为ZA声子和衬底间存在较强的声子散射。悬空热桥法的挑战在于如何将石墨烯悬空于微器件上，避免转移过程中出现石墨烯脱落、破碎的问题 。Li 课题组通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)保护转移法首先实现了少层石墨烯热导率的测量：首先将机械剥离法得到的少层石墨烯转移到SiO2/Si衬底上，然后旋涂PMMA作为保护层，用KOH溶液刻蚀SiO2并将PMMA/石墨烯转移至悬空热桥微器件上，再利用PMMA作为电子束光刻的掩膜版，通过O2等离子体将石墨烯刻蚀成指定大小的矩形进行测量。Shi课题组利用异丙醇提高了石墨烯的转移效率，测量了悬空双层石墨烯的热导率。Xu等进一步改良了实验工艺，通过“先转移，后制备悬空器件”的方法实现了单层石墨烯热导率的测量：首先将化学气相沉积(CVD)生长的单层石墨烯转移到SiNx衬底上，再利用电子束光刻和O2等离子体将石墨烯刻蚀成长度和宽度已知的条带，然后沉积Cr/Au在石墨烯两端作为电极，最后用KOH溶液刻蚀使其悬空。这一方法的优势在于避免了PMMA造成污染，但是对操作和工艺都提出了很高的要求。悬空热桥法也被应用于h-BN、MoS2、黑磷等二维材料热导率的测量。基于悬空热桥法，李保文课题组进一步发展了电子束自加热法，利用电子束照射样品产生加热，消除通电加热体系中界面热阻造成的误差。2.3 时域热反射法时域热反射法(Time-domain thermoreflectance，TDTR)是一种以飞秒激光为基础的泵浦-探测(pump-probe)技术，由Cahill课题组于2004年基于瞬态热反射方法提出，常用来测量材料的热导率和界面热导。在时域热反射法测量中，一束脉冲飞秒激光被偏振分束镜分为泵浦光和探测光，泵浦光对待测材料进行加热，探测光测量材料表面温度的变化。泵浦光和探测光之间的光程差通过位移台精确控制，并在每一个不同光程差的位置进行采样，得到材料表面温度随时间变化的曲线，这一曲线与材料的热性质有关。通过Feldman多层传热模型进行拟合，得到材料的热导率。实际测量中 通 常 在 材 料 表 面 沉 积 一 层 金 属 作 为 传 热 层(transducer)，利用金属反射率(R)随温度(T)的变化关系(dR/dT)，通过探测金属反射率的变化检测材料表面温度变化。时域热反射方法的优点在于能够同时测量材料沿c轴和平面方向的热导率，并且能够得到不同平均自由程声子对于热导率的贡献。Zhang等利用这一方法同时测量了石墨烯沿ab平面和c轴方向的热导率，发现石墨烯沿c轴方向的声子平均自由程在常温下可达100–200 nm，远高于分子动力学预测的结果。测量不同厚度的石墨烯(d = 24–410nm)表现出c轴方向热导率随厚度增加而增加的现象，常温下的热导率为0.5–6 W∙m−1∙K−1，并且随着厚度增加而趋近于石墨块体的c轴热导率(8 W∙m−1∙K−1) 。这一现象反映出，在常温下石墨烯c轴方向热导率是由声子-声子散射主导，为探讨石墨烯的传热机理提供了实验支撑。时域热反射方法的局限在于难以测量厚度较小的样品，这是因为当热流在穿透样品后到达基底，需要将基底与样品之间的界面热阻、基底的热导率作为未知数在传热模型中进行拟合，造成误差较大。对于块体石墨，时域热反射方法测量平面方向热导率为1900 ± 100 W∙m−1∙K−1，与Klemens的预测结果一致。对于厚度为194 nm的薄层石墨，测量热导率为1930 ± 1400 W∙m−1∙K−1，误差明显增大。Feser等通过调控光斑尺寸改变传热模型对石墨平面方向传热的敏感度，利用beam offset方法测量了HOPG热导率。Rodin等将频域热反射(FDTR)与beamoffset的方法结合起来，同时准确测量了HOPG的纵向和横向热导率。Chen课题组发展了无传热层(transducer less)的二维材料热导率测量方法，这种方法既可以采取FDTR频域扫描的测量方式，也可以与beam-offset方法结合，提高对平面方向热导率测量的准确度。这些测量方法为薄层材料热导率测量提供了可能的技术路径，即通过对待测样品的物理结构设计(transducerless)和传热模型设计(调控光斑尺寸与测量频率)，选择性地增加对平面方向热导率的敏感度，使得即便在样品很薄、热流穿透的情况下，多引入的未知数在传热模型内具有较小的敏感度，从而实现少层/单层石墨烯平面方向热导率的测量。时域热反射法也被应用于黑磷、MoS2、WSe2等二维材料热导率的测量。基于时域热反射方法发展出频域热反射(FDTR)、two-tint、时间分辨磁光克尔效应(TR-MOKE)等测量方法以提高测量准确度。以上主要总结了石墨烯热导率的常用微纳尺度测量技术，包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法，不同方法的主要测量结果汇总于表1。表 1 石墨烯热导率测量主要研究结果值得注意的是，部分悬空热桥法测量的热导率显著偏低，是由于PMMA污染抑制了石墨烯声子散射。当样品厚度在微米尺度时，可通过激光闪光法进行测量，这种方法常用于块体石墨和湿化学方法制备的石墨烯薄膜，对于经过热处理还原和石墨化的石墨烯薄膜，激光闪光法测量热导率在1100–1940 W∙m−1∙K−1，热导率的差别主要来自石墨烯薄膜的制备工艺。受限于篇幅，我们将四种测量方法的示意图及主要原理汇总于图1，关于微纳尺度热测量的详细总结可参考相应综述文章。图 1 常见热测量方法示意图3 石墨烯热导率的研究进展石墨烯的热传导主要由声子贡献。和金刚石类似，石墨烯在平面方向由强化学键C―C键构成，并且由于碳原子较轻，具有极高的声速，从而在平面方向具有和金刚石相当的热导率(~2000W∙m−1∙K−1) 。关于石墨烯热传导的主要声子贡献来源，学界的认知随着研究的更新而发生变化。最早，人们预期石墨烯传热主要由纵向声学支(LA)和横向声学支(TA)贡献，这两支声子的振动平面都是沿石墨的ab平面方向。这样的预期是合理的，因为另一支横向声学支(ZA)声子的振动平面垂直于ab平面，而石墨烯作为单原子层材料，垂直平面的振动困难。而且ZA声子的色散关系是~ω2，在q →0时声速迅速减小为0，因而对石墨烯热导率几乎不产生贡献。后来，Lindsay等7通过对玻尔兹曼方程进行数值求解发现，由于单层石墨烯的二维材料特性，三声子散射中与ZA声子关联的过程受到抑制，这一规则被称为“选择定则(Selection rule)”。基于这一原因，ZA声子散射的相空间减小了60%；同时，考虑到ZA声子的数量较多，ZA声子实际成为了单层石墨烯中热导贡献最大的一支，占比约为70%。随着计算方法的进步，研究者对石墨烯中声子传导的理解逐步加深。Ruan课题组在考虑四声子散射的条件下计算了单层石墨烯的热导率，由于ZA声子数量多，导致由ZA声子参与的四声子散射过程多，通过求解玻尔兹曼输运方程(BTE)发现，ZA声子对于单层石墨烯热导率的贡献实际约为30%。Cao等通过分子动力学计算发现，考虑高阶声子散射时ZA声子对石墨烯热导率的贡献将降低。另外，第一性原理计算表明石墨烯中存在水动力学热输运和第二声现象，以及实验测量和分子动力学计算中发现石墨烯存在的热整流现象，都使得石墨烯的声子输运研究不断更新。下面针对理想的单层石墨烯单晶材料讨论其热导率的依赖关系。3.1 石墨烯热导率的厚度依赖石墨烯作为单原子层材料，表现出不同于石墨块体的声子学特征。很自然地产生一个问题，随着石墨烯的原子层数增加，石墨烯会以何种形式、在何种厚度表现出接近石墨块体的热学性质。前文Lindsay等的工作从计算角度给出了解释，在多层石墨烯和石墨中，三声子散射与原子间力常数的关系不同于单层石墨烯，导致选择定则不再适用，ZA声子的散射变大，热导率下降。这一趋势可以从图2a中明显观察到，当石墨烯的厚度从单原子变为双原子层时，ZA声子贡献的热导率大幅下降，石墨烯整体热导率降低。随着原子层数目增加，热导率持续下降。对于原子层数在5层及以上的石墨烯，其热导率已十分接近石墨块体。这一趋势也与Ghosh等对悬空石墨烯热导率的测量结果一致，在原子层数超过4层之后，石墨烯热导率接近块体石墨(图2c)。而对于放置在基底上的支撑石墨烯和上下均有基底的夹层石墨烯(Encased)，热导率随层数变化没有明显规律，这主要是因为ZA声子与基底相互作用，对热导率的贡献低于悬空石墨烯，而ZA声子与基底相互作用的强度随原子层数增加而变化，导致热导率随层数变化表现出不同规律(不变或增大) 。研究石墨烯本征热导率仍需对少层及单层石墨烯热导率进行测量，对样品制备和实验测量都具有很大挑战。图 2 石墨烯热导率的尺寸效应3.2 石墨烯热导率的横向尺寸依赖由傅里叶传热定律，材料热导率，其中Cv为材料体积比热容，v为声子群速度，l为声子平均自由程。对于给定的温度，热容与声速均为定值，因而材料热导率主要由声子平均自由程决定。通常情况下，块体材料在三个维度上的尺寸都远大于声子平均自由程，声子为扩散输运，声子平均自由程主要由声子-声子散射确定，是材料固有的性质，表现出热导率与横向尺寸无关。但是对于石墨烯而言，由于制备待测样品的长度在微米级，与平面内声子平均自由程相当，存在弹道输运现象，表现出石墨烯的热导率与横向尺寸存在依赖关系。石墨烯平面方向声子平均自由程可通过计算得到。Nika等通过第一性原理计算分别对LA和TA声子求得Gruneisen参数，得到石墨烯平面方向声子平均自由程在10 μm左右，即石墨烯尺寸小于10 μm时会表现出明显的热导率随尺寸增加而增加现象(图2b)。后续计算表明，在考虑三声子过程和声子-边界散射角度的情况下，石墨烯热导率在横向尺寸L小于30 μm时遵循log(L)增加的规律，在横向尺寸为30 μm左右时达到最大值，并随横向尺寸增加而下降。检验计算结果需要对不同尺寸的单层石墨烯进行热导率测量，这对实验操作的精细度提出了极高要求。Xu等利用悬空热桥法测量了不同长度(300–9 μm)的单层石墨烯热导率，观察到其热导率随长度增加而单调增加。测量结果与分子动力学预测的热导率随长度以log(L)趋势增加的结果相符，证明了石墨烯作为二维材料的热性质(图2d)。但是作者也没有排除另外两种可能：(1)低频声子随尺寸增加而被激发，对传热贡献较大；(2)石墨烯尺寸增加改变三声子散射的相空间，影响选择定则7。由于石墨烯作为二维材料的特性，以及声子平均自由程较大、热导率较高，仍然需要进一步的理论和实验探究以深入挖掘石墨烯热导率随横向尺寸变化的物理原因。在实际应用的单晶及多晶石墨烯材料中，热导率的影响因素还包括晶粒尺寸、缺陷、同位素、化学修饰等，相关研究及综述已有报道。4 石墨烯导热的应用上一节中介绍了石墨烯具有本征的高热导率，从理论计算和实验测量中均得到了验证。上述实验测量中，研究者往往采用机械剥离法和CVD法制备石墨烯，这两种方法制备的样品具有质量高、可控性强的特点，适用于研究石墨烯的本征性质。但是，由于机械剥离法和CVD法制备石墨烯具有产量低、制备周期长、难以规模化等特点，不适用于石墨烯的宏量制备。相对应地，通过还原氧化石墨烯、电化学剥离等湿化学方法可以大批量制备石墨烯片，石墨烯片通过片层间的化学键作用可形成石墨烯膜、石墨烯纤维、石墨烯宏观体等三维结构，从而可实际应用于导热场景。4.1 高导热石墨烯膜的应用石墨烯薄膜可用作电子元件中的散热器，散热器通常贴合在易发热的电子元件表面，将热源产生的热量均匀分散。散热器通常由高热导率的材料制成，常见散热器有铜片、铝片、石墨片等。其中热导率最高、散热效果最好的是由聚酰亚胺薄膜经石墨化工艺得到的人工石墨导热膜，平面方向热导率可达700~1950 W∙m−1∙K−1， 厚度为10~100 μm，具有良好的导热效果，在过去很长一段时间内都是导热膜的最理想选择。在此背景之下，研究高导热石墨烯膜有两个重要意义，其一，是由于人工石墨膜成本较高，且高质量聚酰亚胺薄膜制备困难，业界希望高导热石墨烯膜能够作为替代方案。其二，是由于电子产品散热需求不断增加，新的散热方案不仅要求导热膜具有较高的热导率，也要求导热膜具有一定厚度，以提高平面方向的导热通量。在人工石墨膜中，由于聚酰亚胺分子取向度的原因，石墨化聚酰亚胺导热膜只有在厚度较小时才具有较高的热导率。而石墨烯导热膜则易于做成厚度较大的导热膜(~100 μm)，在新型电子器件热管理系统中具有良好的应用前景。因此，石墨烯导热膜的研究也主要沿着两个方向，其一，是提高石墨烯导热膜的面内方向热导率，以接近或超过人工石墨膜的水平。其二，是提高石墨烯导热膜的厚度，扩大导热通量，同时保持良好的热传导性能。以下将从这两方面分别讨论。4.1.1 提高石墨烯膜热导率的关键技术高导热石墨烯薄膜的常见制备方法是还原氧化石墨烯。首先通过Hummers法得到氧化石墨烯(GO，graphene oxide)分散液，然后通过自然干燥、真空抽滤、电喷雾等方法得到自支撑的氧化石墨烯薄膜，并通过化学还原、热处理等方法得到还原氧化石墨烯(rGO)薄膜，最后通过高温石墨化提高结晶度，得到高导热石墨烯薄膜。影响高导热石墨烯膜热导率最重要的因素是组装成膜的石墨烯片的热导率，主要由氧化石墨烯的还原工艺决定。由于氧化石墨烯分散液的制备通常在强酸条件下进行，破坏石墨烯的平面结构，同时引入了环氧官能团，造成声子散射增加。氧化石墨烯的还原工艺对还原产物的结构、性能影响较大，因而需要选择合适的还原工艺制备石墨烯导热膜。氧化石墨烯膜在1000 ℃热处理后可以除去环氧、羟基、羰基等环氧官能团，但是石墨烯晶格缺陷的修复仍需更高温度。Shen等通过自然蒸干的方式制备了氧化石墨烯薄膜，并通过2000 ℃热处理的方式对氧化石墨烯薄膜进行石墨化，C/O原子比由石墨烯薄膜的2.9提高到石墨化后的73.1，X射线衍射(XRD)图谱上石墨烯薄膜11.1°峰完全消失，26.5°的峰宽缩窄，对应石墨(002)方向上原子层间距为0.33 nm，测量热导率为1100 W∙m−1∙K−1，热导率优于由膨胀石墨制备的石墨导热片。Xin等用电喷雾方法制备大尺寸氧化石墨烯薄膜并在2200 ℃下高温还原，得到热导率为1283 W∙m−1∙K−1的石墨烯导热膜，通过SEM截面图观察发现具有紧密的片层排列结构，且具有较好的柔性。通过拉曼光谱、XPS和XRD表征可以看出，2200 ℃为氧化石墨烯还原的最适宜温度，当还原温度更高时，石墨烯的电导率和热导率提升不再显著(图3)。4.1.2 提高石墨烯膜厚度的关键技术制备较厚的石墨烯导热膜也是研究者关心的课题。理论上讲，增加石墨烯膜的厚度只需刮涂较厚的氧化石墨烯薄膜即可。但实际操作中存在如下问题：(1)刮涂厚膜的成膜质量不高。由于氧化石墨烯分散液的浓度较低(低于10% (w))，除氧化石墨烯外其余部分均为水，需要长时间蒸发。氧化石墨烯片层与水分子以氢键相互作用，蒸发时水分子逸出，使得氧化石墨烯片层之间通过氢键形成交联，在表面形成一层“奶皮”状的薄膜。这层薄膜使氧化石墨烯分散液内部的水分蒸发减慢，且导致氧化石墨烯片层取向不一致，降低成膜质量。(2)难以通过一步法得到厚膜。由于氧化石墨烯分散液浓度较低，无论刮涂、旋涂还是喷雾等方法都无法一次制备厚度为~100 μm的氧化石墨烯薄膜。Luo等研究发现，氧化石墨烯薄膜在蒸干成形后仍然可以在去离子水浸润的情况下相互粘接，出现这种现象是因为氧化石墨烯片层在水的作用下通过氢键彼此连接，使得氧化石墨烯薄膜可以像纸一样进行粘贴起来。Zhang等利用类似的方法将制备好的氧化石墨烯薄膜在水中溶胀并逐层粘贴，经过干燥、热压、石墨化、冷压之后，得到厚度为200 μm的超厚石墨烯薄膜，热导率为1224 W∙m−1∙K−1，通过红外摄像机实测散热效果优于铜、铝及薄层石墨烯导热膜(图4)。目前制备百微米厚度高导热石墨烯薄膜的研究相对较少，除了溶胀粘接的方法之外，还可以通过电加热、金属离子键合等方法实现氧化石墨烯薄膜的搭接，有望为制备百微米厚度高导热石墨烯膜提供新思路。石墨烯导热膜的部分研究成果总结于表2中。图 4 百微米厚度石墨烯导热膜的制备、表征与热性能测试

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队成员兰元其、姚文娇、何小龙等人在化学期刊《德国应用化学》上发表混合聚阴离子正极材料综述，全面评述了高效低成本混合聚阴离子正极材料的最新进展和发展策略(Mixed polyanionic compounds as positive electrodes in low-cost electrochemical energy storage,& nbsp Angew. Chem. Int. Ed.& nbsp 2020, DOI：10.1002/anie.201915666）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由于锂、钴等资源储量有限且分布不均匀，锂离子电池成本越来越高，难以满足太阳能、风能、潮汐能等大规模储能领域的发展需求。与锂电相似，钠离子电池、钾离子电池以及多价离子电池的性能及发展前景如何，关键在于开发出相应的电极材料和制造工艺的优化。近年来，研究团队围绕储能器件及关键材料开展了系列研究工作，在正极材料领域率先开展了草酸盐体系（Nat. Comm.& nbsp 2019, 10, 3483）、混合聚阴离子体系（Angew. Chem. Int. Ed.& nbsp 2020, 59, 740,& nbsp Nat. Comm.& nbsp 2020, In press）新型正极材料的开发及其电化学反应机理的研究工作。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该综述首先讨论了多种金属离子作为二次电池载荷离子的优缺点。载荷离子作为电池最关键的影响因素，其本征物理、化学特性影响着电池的整体性能。综述从资源、成本、离子半径、价电子势、荷质比及标准电势六大方面，分析了各离子的特征及其作为载荷离子的优缺点。其次，作为二次电池的短板，相关正极材料的性能决定了电池的电化学性能；尤其是提供电荷补偿的过渡金属离子对电池的容量、工作电压、能量密度等有着重要的影响。综述从过渡金属的资源、成本、电势、可转移电子数、环境友好程度及已知化合物种类六方面，分析、比较了常见过渡金属作为二次电池正极材料氧化还原对的优缺点。最后，鉴于目前混合聚阴离子型正极材料研究较少的现状，综述详细阐述了聚阴离子作为正极材料结构框架的稳定性优势，总结了无机晶体结构数据库中已有的混合聚阴离子化合物种类，指出了多种体系仍未被研究，阐明了在相关体系发现新化合物的可能性以及新型正极材料的潜在优势。该综述对发展高效低成本环保电池正极材料具有重要指导意义。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该研究得到国家自然科学基金、广东省科技计划、深圳市科技计划等资助。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201915666" target=" _self" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 论文链接 /span /strong /a /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/80def067-1ee3-43b7-96d8-04e5d7403dfc.jpg" title=" 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计.jpg" alt=" 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 无机晶体结构数据库（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚阴离子化合物统计 /strong /p p br/ /p

机载红外夜视装备是现代飞机的重要传感器，主要用于辅助低空飞行、飞行着陆、侦察瞄准等用途。机载红外夜视主要利用目标与背景的热辐射进行成像，并送给飞行员进行视觉观察，工作波段主要覆盖短波、中波和长波。机载红外夜视技术可分为被动红外夜视技术和主动红外夜视技术，被动红外夜视技术是借助目标自身发射的红外辐射成像，从而实现对目标的观察；主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外光成像。近期，中国电子科技集团公司光电研究院的科研团队在《真空电子技术》期刊上发表了以“机载红外夜视技术及其发展趋势”为主题的文章。该文章第一作者为朱卓高级工程师，通讯作者为李季波高级工程师。本文总结了机载红外夜视装备现状，介绍了国外典型机载红外夜视装备的技术特点及其在辅助低空飞行、飞行着陆和夜间侦察／瞄准方面的应用，分析了目前机载红外夜视技术应用挑战及多光谱图像融合、大面阵高清红外成像、智能辅助飞行、三维视觉成像等技术发展趋势。国外典型装备情况民用领域国外机载红外夜视装备已被应用于民用飞机领域，辅助飞行着陆与导航。增强视景系统（EVS）是典型的机载红外夜视装备，采用红外传感器等设备获取飞机外部场景图像，进行图像增强处理，并在飞机平视显示器（HUD）上显示，使飞行员在包括雾霾、雨雪、烟尘低能见度和夜间情况下，能够更好地识别周围地形、机场跑道、辅助导航和着陆。EVS提高了飞机在起飞、低空飞行和着陆过程中的视觉感知能力，提升了执行任务期间人员的安全性。增强飞行视景系统（EFVS）是EVS与HUD的综合，它将EFVS获取飞机前方场景的红外图像与HUD上显示的主飞行信息融合，显示在飞行员前方的屏显系统上，保证所显示的图像、符号与外界场景是重合的。EFVS能够增强飞行员的视觉感知能力，在夜晚低能见度条件下，EFVS能将飞机前方场景呈现给飞行员，从而增强飞行员的着陆感知能力，提高操作的准确性。军用领域国外机载红外夜视装备已被广泛应用于军用飞机领域，一般采用多功能复合体制，除具备导航、着陆功能外，还可实现夜间侦察／瞄准功能。直升机载红外夜视装备法国Sagem公司开发的Euroflir 410系统装备于直升机平台，用于飞行导航、夜间侦察、目标识别和打击指示引导。该系统光电转塔包含了中波红外成像传感器、电视传感器、微光夜视传感器、激光测距机、激光照射器及光斑跟踪器，转塔质量不大于45 kg。配备红外成像传感器具有光学自动变焦功能，电子变倍后最小视场可达0.16°，可以更好地在夜间识别目标。系统除具备地理跟踪、地理指示及地理定位功能外，还具备对目标的成像识别能力，该系统对地面装甲车目标的识别距离为9.5 km，确认距离为5.5 km。战斗机载红外夜视装备F-35飞机的光电系统作为当前最先进的机载光电传感器系统，是典型的战斗机载红外夜视装备，包括光电分布孔径系统（EODAS）和光电侦察瞄准系统（EOTS）。EODAS由6套分布于机身的中波红外焦平面阵列传感器和光窗组成，每个传感器覆盖90°×90°视场，通过图像无缝拼接，为飞行员提供360°球形空域视野，通过对图像进行算法处理，实现昼夜导航、对面目标打击瞄准、对空红外搜索与跟踪、红外态势感知、全空域导弹逼近告警及毁伤效果识别等能力，图1所示为EODAS对地面的大视场显示图像和目标场景标识。EODAS获取的夜视图像和经过处理的识别符号可以叠加到F-35飞机的头盔显示器上，辅助飞行员了解周围态势。图1 F-35飞机EODAS系统观测到的夜间地貌吊舱红外夜视装备图2所示为F-15E战斗机挂装红外夜视设备显示的红外图像。美军从80年代开始，先后装备了多款带有前视红外（FLIR）的吊舱，从最开始洛马公司的“蓝盾”（LANTIRN）吊舱，到最新一代洛马公司的“狙击手”先进瞄准增强型传感器吊舱和诺格公司“莱特宁”吊舱的增强型传感器吊舱。与“蓝盾”吊舱相比，新一代吊舱能显示更清晰的视频图像。此外，这两款吊舱都有能力将这些视频图像信息发送给地面部队，提供重要情报。图2 F-15E战斗机平视显示器上的前视红外画面国外应用情况辅助低空飞行战机在中高空的飞行条件下，很容易被敌方发现和攻击，为了实现作战目的，飞行员会采用低空突防模式对目标进行攻击。当飞机在夜晚低能见度条件下低空飞行时，飞机的飞行环境复杂，驾驶员的视觉能力受到限制，无法快速有效地了解机身外部环境，无法对航迹上的高山、森林等危险目标和障碍进行有效规避，易导致事故发生。飞机着陆飞行员在着陆过程中，由于受夜晚光线暗或雨雾等低能见度天气影响，跑道及其周围指示灯的可视性变差，导致飞行员通过视觉获取的跑道及周围信息不足，无法正常降落。在民用领域，以EFVS和EVS大量应用于民用飞机起飞降落。在军用领域，在不确定战场环境下，不具备民航领域的基础导航定位、传感与地图信息，美军已开展了降级视觉环境缓解（DVE-M）项目。美国的Sierra Nevada公司使用多种传感器实时融合地形、图像和地面障碍数据，然后在EVS的支持下，根据字符系统和指令的引导，为飞行员的飞行路线提供目视标志。罗克韦尔柯林斯公司EVS-3000型辅助着陆系统在飞机平显上叠加的着陆图像如图3所示，根据字符系统和指令的引导，为飞行员的飞行路线提供目视标志。图3 在平显上叠加着陆图像夜间侦察/瞄准现代战争通常选择“月黑风高”的夜晚实施攻击，以最大限度地利用“单向透明”的战场态势，发挥己方红外夜视装备优势。夜间空袭依托机载红外夜视装备，能分清500米之外的目标和几千米之外的山峦、村庄，具有全天候发现、定位目标的能力，提高了飞机的战术使用灵活性和作战效能。技术应用挑战与发展方向机载红外夜视技术应用挑战主要有以下三个方面：（1）作用距离较近图像分辨率和灵敏度是红外夜视装备的重要参数，受制于当前红外夜视技术发展现状，现有机载红外夜视装备存在对目标成像距离相对较近、识别分辨率不高的现状。（2）机载红外夜视设备显示颜色单一现有红外夜视设备的成像会“失去颜色”，单一的颜色显示不利于飞行员对外界环境的视觉感知。一方面，机上显示设备都会变成单色，失去了其原先颜色代表的意义或者起到的作用；另一个方面，会影响外界的灯光使其变成单色，如机场跑道的精密进近航道红、黄指示灯。此外，飞行员持续观察显示器上的白色、绿色图像信息可能会引发视觉疲劳等情况，也不利于飞行。（3）大数据存储与计算资源有限机载红外夜视设备具备了在较大视场下捕获广域动态图像并实现监视的功能，会产生大量数据，目前已有的机载数据存储设备已不能满足需求，尤其是随着大面阵红外夜视设备的发展，会产生更大的数据量，这就要求飞机具有大数据存储的记录设备。随着机载红外夜视新技术纷至沓来，机载红外夜视设备的工作波段不断拓展、视场空域不断增大、可视距离不断提升、新质能力不断健全，逐渐成为军民飞机的标配。机载夜视技术的发展重点集中在以下几个方面：（1）多光谱图像融合不同波段的传感器可满足不同作战场景的需求，短波红外传感器的烟雾穿透能力强，相比中波红外传感器在目标与场景温度差异大的情况下成像效果好，长波传感器在目标与场景温度差异小的情况下具有更好的成像效果，微光传感器的生成图像与可见光图像相仿，更符合人眼视觉观察。通过图像融合技术，将多波段红外成像图像和微光夜视图像合成为一幅图像，这种技术有助于综合发挥微光成像和红外成像两种技术的优势，拓展视觉显示波段范围，使图像纹理细节更丰富，可有效提升机载夜视设备的观察能力。（2）大面阵高清红外成像的应用高性能光电探测器是机载夜视设备的核心，随着半导体集成和工艺等关键技术突破，探测器朝着小像元尺寸、大面阵规格方向发展。小像元能够使探测器小型化、提高系统分辨率、增加探测距离。大面阵探测器的分辨率更高、观察的目标细节更丰富、探测距离更远。目前，在红外探测器方面，雷神公司研发的红外探测器像元达到4096×4096，已成功应用于美国空军天基红外预警系统。将小像元、大面阵探测器应用于机载夜视设备中，更能够实现对夜晚目标的远距离、高清探测。（3）增强飞行视景系统智能化发展机载增强飞行视景系统将在夜间飞行安全领域发挥更加重要的作用，朝着智能感知、人机交互方向发展。增强飞行视景系统可利用传感器对机外场景进行多维信息感知，在探测到跑道、障碍物等威胁目标时，实施智能辅助决策，支持完成各种飞行动作、信息处置，为飞行员提供决策支撑。（4）向主动夜视技术应用拓展随着短波、中波、长波红外激光器技术发展，以及垂直腔面发射激光器（VCSEL）技术发展与应用，在夜间成像基础上融入了激光主动探测，进行三维识别，可在二维图像显示器上显示三维信息。三维视觉成像技术已逐步应用于汽车自动驾驶，后续机载夜视技术也将拓展三维成像识别功能，提供飞行员更多维度信息，进一步增强夜间视觉感知能力。结束语本文对机载红外夜视装备现状进行了综述，介绍了国外典型机载红外夜视装备的技术特点，分析了机载红外夜视技术在辅助低空飞行、飞行着陆和夜间侦察／瞄准方面的应用，讨论了该技术的应用挑战，给出了向多光谱图像融合、大面阵高清红外成像、增强飞行视景系统智能化发展、主动夜视技术应用拓展等方面发展的趋势。

高效液相色谱技术最早应用于药物领域，包括效能/纯度/性能分析、药物(代谢)动力学/生物分析测试、纯化、高通量筛选(HTS)、过程控制(IPC)监测和质量控制(QC)测试。制药行业是HPLC的主要应用市场，同时也是HPLC向更高通量和更优性能发展的主要驱动力。本文简要回顾了过去十年影响药物分析发展的HPLC的重大进展。讨论的主题如下，部分项目体现在一个典型的时间轴上，如图1所示。　　仪器:超高压液相色谱(UHPLC)走向主流。　　色谱柱:Sub-2&mu m,sub-3&mu m核壳和混合粒子；新颖的键合化学反应；亲水作用色谱法(HILIC)；多糖类手性固定相；生物分子和生物制药柱子。　　其它:液相色谱-质谱(LC/MS)&mdash 特别是高分辨质谱(HRMS)或混合质谱；电雾式检测器(CAD)；自动方法开发系统(AMDS)。图1 过去十年中影响药物分析发展的HPLC技术进展(部分项目)　　本文的目的是为繁忙的制药科学家提供一个简洁又全面的HPLC的重要的技术进展,每个主题都有实际使用过程中的便利和应用的简短描述，从用户的角度的评论，以及主要参考文献(略)的支撑。　　超高压液相色谱(UHPLC)　　UHPLC的革命性创新始于1997年James Jorgenson教授在概念验证方面的研究，紧接着第一个商业化系统于2004年推出。今天，从HPLC到UHPLC的转化大部分都是由主要制造商完成，这些制造商目前都可以供应某种类型的UHPLC产品。UHPLC系统、柱子以及应用的详细综述在其他地方都可以看到。UHPLC在药物分析领域的基本原理、优势、潜在的问题和最佳应用都有充分的文件记录。　　表1概述了UHPLC的突出特点和优势。注意，较高的系统压力允许使用更小的微粒填充的柱子(如亚2&mu m)得到更快的分析速度(图2)或复杂样品更出色的分离(图3)。由于使用改良的进样器，内径较小的管路系统( 0.005英寸)，更小的紫外检测器流动池(0.5 - 2&mu L)，所有的UHPLC都有比较低的系统扩散(4&sigma 时，~10-20&mu L)。比较典型的应用是内径为2.1&ndash 3.0mm的柱子，填充物为亚2&mu m或亚3&mu m颗粒。其他重要的系统特征包括更小的系统死体积(0.1-0.3 mL)和更快的检测器响应/数据采集速率(40 pt/s)，以实现高通量的应用。表1 UHPLC的突出特点和优势UHPLC的系统特点范围和评论最高压力限制15000到19000psi(1000到1250bar),流速2-5mL/min.兼容传统的和亚-2微米颗粒的色谱柱。低系统色散根据仪器配置，仪器带宽5-20&mu L（4&sigma ），使用较小的连接管（0.005"I.D）和小UV流通池（0.5-2&mu L）,减小系统频带展宽。兼容ID低至2-3mm的色谱柱。低的梯度保留体积100-400&mu L（对于四元液相泵会更高），兼容高通量筛选（HTS）。小的保留（混合）体积可能影响UV检测器噪声。其他HTS快速的注射周期（-20s）和检测响应，以及高的采集率（40pt/t），兼容目前的HPLC方法需求（如流量范围、柱温箱尺寸、进样环路）UHPLC的优势评论高通量在保持相似分辨率的情况下，与传统的HPLC方法相比通量提高3-10倍。如纯度分析5min（UHPLC）/20min（HPLC）。快速方法开发短色谱柱，快速分析是色谱柱和流动相快速筛选及方法优化的理想选择。高分辨相对于HPLC，分辨率提高3倍，比如峰容量（Pc）400-600(HPLC为200)溶剂节省分析时间短，使用较小ID的色谱柱，相比HPLC溶剂节省5-15倍。高灵敏度质量灵敏度增加3-10倍（样品注入量减少）。长路径UV流通池（50-60min）可以将浓度灵敏度提高6倍。高精度保留时间（2-3倍）和峰面积精密度（1%RSD，进样体积1&mu L ）显著增加可以与其他的方法联用UHPLC兼容高温LC，2D-LC或者核壳色谱柱（单一或者组合联用）。这些都是可选项，而不是&ldquo 有它就不能有它&rdquo 。 　　与传统的HPLC相比，UHPLC具有分析速度快的优势，图2阐述了一种药物分析由HPLC方法转移为UHPLC方法的谱图对比。从HPLC到UHPLC，根据几何尺寸按比例缩放色谱柱及操作参数,可以在相同分辨率的情况下将分析时间减少10倍，这并不罕见。&ldquo 保证好的分辨率的情况下进行更快的分析&rdquo 这是大多数用户考虑购买更昂贵的UHPLC设备的主要诱因。　　UHPLC的另一个重要的好处是其对复杂样品优秀的分离能力。这方面常常被忽视,在文献中也很少报道。在合理的时间跨度(~1 h)内，400至1000范围内的峰容量(PC)已经通过使用UHPLC来证实。峰容量是分辨率为1.0时，色谱图上可以分辨的色谱峰个数；通常传统的HPLC为200左右。有史以来第一次,UHPLC可以在单一维度,对复杂的药品、天然材料、和其他困难样品基质提供更有效的分析。图3a和3b通过两个应用 (植物提取物和胰蛋白酶的消化蛋白质)来说明Pc300时，当前UHPLC的高分辨分离能力。　　UHPLC的其他优势包括溶剂节省(5-15倍),增强的质量灵敏度(3-10倍)，以及在保留时间(2&ndash 3倍)和峰面积(0.1%RSD)方面的卓越性能。注意，有关UHPLC中UV检测灵敏度增加的报告往往会产生误导,因为质量敏感度(分析物注入量)主要与柱的空隙体积有关。通常，UHPLC不会增加浓度灵敏度(最理想的一种灵敏度),因为我们不能希望使用小的流通池来增加信噪比，除非延长流通池的路径长度 (如60毫米)。泵混合而导致的粘性发热、基线扰动以及方法转移等潜在问题已经有文献描述，而且这些问题分别也是与特定的仪器相关联的。一般来说,这些技术问题已经研究得比较清楚了，而且通过选择合适的系统配置(如混合器体积)能够很容易地减轻。但是, 由于培训、与验证数据系统的兼容性和其他方法转移的问题，UHPLC在QC实验室的应用仍然比较浪费时间。　　图2 以商业制药配方(Rapidocain) 质量控制分析为例：从传统的HPLC到UHPLC使用几何比例缩放。峰识别:1:对羟基苯甲酸甲酯,2:2、6-二甲基苯胺,3:尼泊金丙酯,4:利多卡因。HPLC条件:色谱柱RP18 150 x4.6毫米,5&mu m, F=1ml/min, Vinj=20&mu L。UHPLC条件: 色谱柱RP18 x2.1 50毫米,1.7&mu m,F = 600&mu L /min,Vinj = 1.4&mu L。超快UHPLC条件:色谱柱RP18 x2.1 50毫米,1.7&mu m,F = 1000&mu L /min,Vinj =1.4&mu L[16]。　　我们经常听到一些争论，UHPLC也许并不需要,因为其他方法(高温LC、核壳柱子或二维LC)可以更合算的提高速度或分辨率。这种推理并不是真实有根据的，因为与传统的HPLC相比，UHPLC在使用过程会中可以与一个或多个以上的这些方法联用获得更出色的结果。这些方法都是可选项,而不是&ldquo 有它就不能有它&rdquo 。此外,&ldquo UHPLC&rdquo 这个词语可能在几年内最终消失，因为所有新的HPLC都是UHPLC了。　　HPLC色谱柱和固定相的发展　　HPLC色谱柱是色谱系统的核心。在碱性分析物分析方面，制药业一直是HPLC色谱柱向高速、高分辨率、更好的峰形发展的主要驱动力。此外,QC实验室已经被要求改进色谱柱的批次重现性。从70年代到90年代,在填充材料的标准颗粒尺度(10-3&mu m)的逐级缩小方面已经有稳定的改进。80年代后期，高纯度B型硅材料(低金属含量)的引入是一个巨大进步,减少了硅醇的活性，并在批次间的一致性方面有重大改进。现在高纯硅的使用是所有现代硅胶基质色谱柱的标准。　　图3 UHPLC 高分辨率分离(C18色谱柱，填充亚2&mu m颗粒)。(A)银杏标准化提取物的色谱图。梯度：5%到40%的乙腈，120分钟，T=30° C, Lcol = 300mm，F = 0.2 mL/min,&Delta Pmax = 860 bar,峰容量可以达到360；(B)三种蛋白质的结合胰蛋白酶消化酶的色谱图。梯度：5%到60%的乙腈，120min ，T=30° C，Lcol = 40cm,F = 0.16 mL/min,&Delta Pmax = 940bar,峰容量可以达到410。　　HPLC色谱柱技术的近期进展已经被广泛地综述(已经有很多文献综述并讨论了HPLC的色谱柱技术的近期进展)。表2总结了重大行业使用率较高的，用于提高生产力、稳定性、选择性或保留时间(亚2&mu m,核壳粒子,混合物,新奇的键合反应,HILIC)或专业应用 (手性化合物或生物分子)的色谱柱。表2 影响药物分析的重要的HPLC色谱柱的研究进展HPLC色谱柱重要研究进展评论亚2&mu m颗粒全孔亚2&mu m颗粒产生较低的塔板高度和高的塔板效率。10多家供应商提供超过80种可用的化学反应，包括离子交换、尺寸排阻等。亚3&mu m核壳颗粒表面多孔型亚-3&mu m颗粒在低柱压条件下提供改善的质量传递和较低的塔板高度。增加了在药物分析中的使用案例。混合硅颗粒创新的颗粒提高色谱柱的化学稳定性（扩大pH范围、温度和压力性能，亲硅醇基活性）新奇的键合化学反应多官能团的硅烷化学、极性嵌入式键合相、五氟苯酚（PFP）、 苯基-己基、表面带电杂化（CSH）相，提供&ldquo 正交&rdquo 分离和增强的选择性（与传统的C18键合相相比）亲水作用色谱（HILIC）反相色谱的&ldquo 正交&rdquo 分离对强极性化合物和次生代谢物有用用于手性分离的多糖固定相多糖手性固定相使得通常的色谱柱具有多用性和抗造性生物分子色谱柱创新的核壳结构和UHPLC大孔径固定相可以有效改善蛋白质和治疗性生物分子（如mAbs）的分析。 　　亚2 &mu m颗粒　　1956年，Van Deemter就给出了使用非常小的颗粒进行快速、高效分离的预测。在过去五年中，典型填料的粒径在不断的减小，二十一世纪初，集中在亚2&mu m的硅微颗粒。正如预测的那样,这些粒子(例如,1.7&mu m)产生卓越的性能(~ 280000 plates/m或~ 4&mu m/plate)。然而,填充亚2&mu m粒子的色谱柱产生高的背压，通常填充内径为2.1毫米，通过粘性发热减少效率损失。对高压力和低分散(减少附加柱的谱带展宽)系统的要求导致了现代UHPLC系统的当前特点。进一步降低粒径至小于1.5&mu m可能会产生更高的速度和性能。然而,它也必须伴随着系统压力的大幅增加和毛细管色谱柱内径的减小。　　核壳结构颗粒　　Kirkland第一次描述了熔融的核或者核壳粒子的概念，减少质量转移过程中的阻力。第一个核壳粒子具有如下特点:2.7&mu m表面多孔硅材料，无孔的核心(1.7&mu m)，多孔的壳层(厚0.5&mu m)。这些亚3 &mu m的颗粒与亚2&mu m的完全多孔材料相比似乎具有相似的效率，但是可以产生更低的压降。这种特殊的性能可能是由于壳体较短的扩散路径，或者比较狭窄的填料分布。由于快速分离(HIS、IPC和清洁验证)和在生物分子方面的应用，核壳色谱柱迅速获得广泛的接受。越来越多的制造商可以提供各种键合相和不同尺寸的粒子(1.3,1.7,2.6,1.3和5&mu m)。我们完全相信，与多孔微细颗粒的色谱柱相比，这些色谱柱在所有应用中具有很大的竞争力。　　图4 10种具有酸性、碱性和中性官能团的商品化药物在BEH和CSH分析柱的分析比较，梯度洗脱，流动相含乙腈和0.1%的甲酸。峰1、4、6和8是基本药物。从文献中复印,已取得许可。　　杂化　　将有机基团引入到无机硅基体中形成杂交颗粒的理念在上世纪70年代首次由Unger提出，虽然第一根具有甲基基团的商业化的色谱柱在1999年才正式推出。这些混合物中的键合相被证明具有很好的pH稳定性(具有新奇的键合化学反应的pH范围为1到12,而传统的具有常规单功能键合硅颗粒的pH范围为2-8),低的亲硅羟基活性。2005年，引入第二代桥联乙烯杂化 (BEH)，并立即获得了&ldquo 主流&rdquo 成功,特别是高pH值流动相以及UHPLC的应用方面。　　新奇的键合反应　　或许是因为批次之间重现性最好,传统的单官能团的C18硅胶基质键合相仍是主要的产品,但是新的键合化学反应给困难的分离(极性嵌入式、苯基、己基苯基、含氰基的、戊烷氟苯基键合)带来了更宽的pH值稳定范围(多官能的硅烷化学键或异丙基保护的硅烷)和增强的选择性。最近的一个创新方法称为表面带电杂化(CSH)技术，该项技术于2010年引入,由于在酸性,低离子强度流动相条件下，对高碱性分析物的峰形的改善，该项技术立即在药物分析领域获得了很好的接受度(如0.1%甲酸)。这项专有技术包括在固定相表面引入低水平的正电荷。这类似于早期在流动相中添加有机胺，如三乙胺，但由于离子抑制，已经不被LC/MS接受。图4说明了与现在的键合相相比，CSH颗粒在峰形方面表现的优势。注意,酸性化合物在CSH柱子上会有相对较高的保留，峰拖尾现象也会有所增加。　　亲水作用色谱(HILIC)　　在反相LC(RPLC)条件下，若流动相中有机物含量比较低，就会导致相坍塌现象(键合相脱水)，许多强极性化合物就无法获得足够的保留时间或者会存在问题。HILIC模式, 90年代由Alpert首次开发,使用亲水固定相(硅、二醇、氰基、氨基、两性离子的)，类似RPLC使用的水缓冲和乙腈流动相,在极性药物分析、辅助药物代谢、氨基酸、多肽、神经递质、低聚糖、碳水化合物、核苷酸或核苷方面的分析中越来越受欢迎。HILIC实际的保留机制可以认为是分析物分子&ldquo 分区&rdquo 到附着在亲水结合基团的水层。与RPLC相比，HILIC其他突出的优势包括&ldquo 正交&rdquo 选择性(样品制备兼容两种模式),对质谱具有更高的电喷雾离子化灵敏度(5-15倍),较低的操作压力。　　固定化多糖手性固定相　　成功包覆的多糖手性固定相(CSPs)的改进版本在2000年代末实现。与早期的CSPs具有相似的多功能，但是对于腐蚀性的溶剂具有更好的稳定性剂,可用于正相,极性有机和反相模式。　　用于生物分子的色谱柱　　80年代发展起来的大孔径硅和聚合物填料可有效解决大型生物分子的分离。随着重组蛋白，如单克隆抗体(mAb)等生物制药的出现，质量控制中利用HPLC和毛细管电泳进行详细表征的需求变得更加紧迫。最近，亚2&mu m微粒和核壳大孔径颗粒以及一些创新的离子交换和尺寸排阻等材料也被证明可以有效的分离这些大分子的生物制剂。　　高分辨率质谱(HRMS)，电雾式检测器(CAD)和自动方法开发系统(AMDS)　　在过去十年中，其他具有高影响力的进展主要体现在HPLC检测和自动化领域。　　高分辨率质谱(HRMS)　　HPLC与质谱的联用(LC / MS)，集合了HPLC的分离能力和质谱卓越的灵敏度和选择性，已被视为完美的分析工具。LC/MS是杂质和降解鉴定,药物研究中的高通量筛选技术(HTS),生物分析试验(生物流体中药物和代谢物的LC/MS/MS检测),药物合成工艺放大在线监测的首选技术。LC/MS已经成为高效药物清洁验证以及潜在的基因毒性杂质测定的标准技术平台。过去十年中，HRMS(如TOF、OrbiTrap MS)和杂化质谱(如Quadrupole-TOF或ion trap-OrbiTrap)得到了快速发展。HRMS和UHPLC以及二维LC的联用使得代谢组学、蛋白质组学, De Novo蛋白测序和生物制药表征等领域的研究愈发活跃。新兴的个性化医疗领域中生物标志物测定和疾病诊断的通用技术平台也许是LC/MS最令人兴奋的机会。　　电雾式检测器(CAD)　　缺乏理想的通用检测器常常被视为HPLC的局限,尽管UV/Vis检测器可以检测具有发色基团的化合物。示差折光检测器不适合梯度洗脱，敏感性不够。蒸发光散射检测器(ELSD)使用喷雾器技术与激光光散射检测，是HPLC的一个选择，也可以兼容梯度洗脱,但最近已经被CAD(使用喷雾器和电晕放电检测技术)超越,CAD可以提供更好的灵敏度(低至ng)和更好的线性。CAD正逐渐成为药物化学中的HTS、反应过程监控以及原材料/辅料测试的主流的检测器。　　自动化HPLC方法体系(AMDS)　　复杂混合物的HPLC方法开发是一个很耗时的工作，因为需要优化很多操作参数(柱尺寸，键合固定相和流动相A和B(有机溶剂/缓冲类型、pH值和离子强度)的类型,梯度洗脱时间和梯度范围,柱温度、流量)。一个常见的例子就是药物活性成分(API)稳定性指示分析或纯度测定，其中所有的杂质和降解产物必须分离，通过UV检测器进行准确的定量。多年以来，基于模拟、预测、单纯形优化、柱/流动相筛选的软件或自动化系统已经促进HPLC方法的开发。虽然他们似乎还没有很普及，但持续的改进提高了HPLC的性能和易用性。最新进入市场的是一个附加软件包，兼容两个常用的色谱数据系统。对于HPLC方法开发过程(优化)中最耗时的部分，该软件利用用户定义空间的自动化序列方法来解决，其中使用了实验设计(DoE)和质量源于设计(QbD)的原则。导入完整的序列结果之后，该软件还可以执行统计分析，并显示最佳条件。图5说明了应用在我们实验室的该软件的概念和特征。自DoE 和 QbD概念被接受以来,最初用户表现出很高的兴趣。AMDS对致力于早期药物开发方法的实验室特别有用。例如,为了支持利用多手性中心的复杂药物分子进行API合成和药物产品制造,10-20种具有代表性的HPLC方法(原材料、起始物料、中间体、最终的原料药和药物产品的非手性和手性方法,)接二连三地被开发出来。　　图5 一个全自动方法开发系统的仪器构造图解，该系统使用QbD软件和所得结果的图形，显示最佳分离(白色)的操作范围设计空间。　　结论　　总之, 最近几年中，HPLC仍然是一个高度有活力的领域，在仪器、色谱柱技术、应用等方面有很多创新。医药科学家们最初将这些新技术应用于研究、开发和质量控制，他们是这项技术的早期采纳者，同时也是受益者。UHPLC在研究与开发领域被快速的接受，并逐渐成为标准的UHPLC平台，虽然在QC实验室的应用速度慢一些。新的色谱柱技术可以更快和更有效的分析复杂样品、手性分子和生物分子。最后,UHPLC和2-D LC与高分辨率质谱联用技术的快速进展，已经彻底改变了生命科学的研究，并将会在临床诊断方面产生更大的影响。这些进展得到了在快速发展的药物开发领域工作的分析化学家的欢迎。　　对于LC在接下来的几年的发展前景,一些创新的工作已经被描述。就像Jim Jorgenson描述的:&ldquo 更高的压力(50000 psi)将使更小的颗粒和/或更长的色谱柱的使用成为可能,同时分离速度更快，效果也更好。由于热量的产生和耗散问题，几乎肯定的是需要使用sub-mm孔(毛细管)色谱柱。这并不是一件容易的事情,但是高速、高分辨率分离方面潜在的可能性是诱人的。&rdquo 另外,在毛细管中填充极其均一的次微米二氧化硅粒子可以用来产生远低于1&mu m的塔板高度，并能对蛋白质变异体进行令人印象深刻的分离。这两个研究结果还没有准备好马上成为主流分析工作或QC，但是第一个结果是鼓舞人心的,因此在这里值得一提。原文作者：Michael W. Dong, Ph.D.Davy Guillarme, Ph.D.

法立有犯必施 令出唯行不返 ——2015年上半年环境监管执法工作综述　　今年是新《环境保护法》实施第一年。环境保护部部长陈吉宁多次强调，一部好的法律不能成为“纸老虎”，要让它成为一个有钢牙利齿的“利器”，关键在于执行和落实。 　　法立，有犯而必施；令出，唯行而不返。今年上半年，环保部门充分运用新《环境保护法》赋予的按日连续处罚、查封扣押、限产停产以及移送行政拘留等手段，积极探索新常态下的环境监管执法。 　　伴随环境监管执法趋严、趋实，地方政府的责任意识、污染企业的底线意识、环保部门的创新意识、社会公众的参与意识都有了不同程度的提升。 　　地方政府越来越意识到，改善环境质量是义不容辞的责任 　　按照新《环境保护法》，地方政府对保护和改善本区域环境质量负有主体责任。 　　党中央、国务院《关于加快推进生态文明建设的意见》明确要求，严守环境质量底线，将大气、水、土壤等环境质量“只能更好、不能变坏”作为地方各级政府环保责任红线。 　　为了将地方政府的主体责任落到实处，今年，环境保护部会同有关部门，对各省（区、市）2014年度贯彻落实《大气污染防治行动计划》情况进行考核，督促13个环境空气质量恶化的省份整改。 　　3月20日，环境保护部召开的督察工作座谈会强调，要在严格监管执法上下功夫，在督察压力传导上下功夫，在严肃责任追究上下功夫，在部门区域联动上下功夫，全力推进环境守法新常态。 　　环境保护部组织编制的《环保督察方案》（试点）已经中央深改组第十四次会议通过。同时，组织区域环保督查中心编制年度综合督察方案，对30个城市开展综合督察，组织各省（区、市）编制并实施年度综合督察方案。 　　今年以来，环境保护部对10个城市实施约谈，直接约谈两个地市政府主要负责人，协调区域环保督查中心约谈长春、沧州、临沂、承德、吕梁、资阳、无锡、马鞍山等8市政府主要负责同志。 　　与之前相比，这一轮约谈更加密集，针对的都是当地突出环境问题，约谈对象都是当地政府主要负责同志。 　　同时，这一轮约谈大部分都是公开进行的，新闻媒体公开报道，对各地政府的触动很大。 　　2月8日，面对约谈，沧州市长王大虎表示，约谈是对沧州市的一剂猛药，令人警醒。 　　2月25日，面对约谈，新任临沂市长张术平保证不会再接受第二次约谈。 　　2月26日，面对约谈，时任承德市长赵风楼表示，承德市将汲取教训，引以为戒。 　　3月25日，面对约谈，驻马店市委常委、副市长张昕表示，诚恳接受约谈，深刻检讨工作中存在的问题。 　　5月12日，面对约谈，时任吕梁市长董岩表示，诚恳接受批评并做深刻检讨。 　　6月16日，面对约谈，无锡市长汪泉表示，感到很惭愧，受到了强烈震动。 　　6月18日，面对约谈，马鞍山市长魏尧表示，深感问题的严重性，心情也很沉重，压力很大。 　　数据显示，仅在华北环保督查中心管辖区域，被约谈后，沧州市29名、驻马店市7名、保定市3名、承德市18名，共57名相关主要负责人被批评、警告、免职。 　　公开、曝光、追踪，这一轮约谈带来的舆论压力更大；批评、警告、免职，这一轮约谈带来的责任追究更严；反省、表态、整改，这一轮约谈带来的压力传导更实。 　　污染企业越来越意识到，环境守法是不可逾越的底线 　　3月15日，李克强总理会见中外记者时强调，环保法的执行不是棉花棒，是杀手锏。对违法违规排放的企业，不论是什么样的企业，坚决依法追究，甚至要让那些偷排偷放的企业承受付不起的代价。 　　为确保新《环境保护法》顺利实施， 19个省（区、市）印发贯彻实施《国务院办公厅关于加强环境监管执法的通知》文件，全面部署环境监管执法工作。 　　细化部门监管职责—— 　　云南、湖南、甘肃等省单独制定责任规定或行政问责办法；上海、广东建立环境监管执法考核制度；云南、青海、重庆、上海等地同时印发加强环境监管执法有关部门和单位的责任表；十多个省（市）全面实施网格化监管，其他省份正在逐步推进。 　　强化执法能力建设—— 　　云南、湖南、重庆、安徽、福建、上海等提出保障执法用车，建立与执法任务相匹配的能力保障；江苏、甘肃、重庆等省（市）规定执法队伍统一制式服装；江西、山西、甘肃等省对市、县级环境监察机构标准化建设提出明确时限要求。 　　创新执法机制制度—— 　　山西、四川明确建立综合督察制度；甘肃省全面推行“6+1”监管执法模式；福建、浙江、四川等省实行尽职免责制度。 　　加大执法监管力度—— 　　陈吉宁强调，要让企业懂得守法不是高要求，是底线。要把过去环境执法“过松、过软”的状况彻底改变过来，把守法变成新常态，敢于碰硬，形成高压态势。 　　1-2月，据不完全统计，全国实施按日连续处罚案件共26件，罚款数额达1238.96万元，个案罚款数额最高为208万元；实施查封、扣押案件共527件；实施限产、停产案件共207件；移送行政拘留共147起。 　　与1月-2月相比，3月-4月适用按日连续处罚案件数上升515% ，适用查封、扣押案件数上升125%，适用限产、停产案件数上升237%，移送行政拘留案件数上升197%，移送涉嫌环境污染犯罪案件数上升204%。 　　1-6月，全国实施按日连续处罚案件292件，罚款数额达23635.09万元；全国查封扣押案件1814件；实施限产、停产案件1092件；移送行政拘留782起，移送涉嫌污染犯罪案件740起。 　　数据攀升的背后，是各级环保部门能用、会用、敢用新《环境保护法》赋予的强力手段。 　　今年上半年，全国共检查企业62万余家（次），责令停产15839家，关停取缔9325家，罚款23227家。 　　今年上半年，环境保护部下达行政处罚决定案件3件，直接立案2件。7批次对14起违法问题挂牌督办。 　　今年上半年，环境保护部对减排存在突出问题的5个城市实行环评限批，对37家企业实行挂牌督办，对脱硫设施运行不正常的火电企业扣减脱硫电价款5.1亿元。 　　环境执法过松、过软的局面有了明显改观。 　　环保部门越来越意识到，创新执法机制是提升效能的利器 　　5月7- 8日，环境保护部开展贯彻落实新《环境保护法》和编制好“十三五”环保规划大讨论。7月3日，环境保护部开展“大气、水、土壤污染防治和环境执法工作创新”大讨论。 　　两次大讨论都突出强调了改革创新在落实新《环境保护法》和加强环境监管执法工作中的重要性。事实上，今年上半年，从执法形式到执法主体，从监管理念到监管实效，环境监管执法都更加强调创新。 　　更加注重监管方式创新。组织对重点地区开展综合督察和大气污染防治专项督察，不定时间、不打招呼、不听汇报，直奔现场、直接督察、直接曝光；监管能力上，无人机、卫星遥感等手段得到越来越多的应用。 　　更加注重部门联动执法。加强环保与公检法的联动和衔接配合，合力打击环境违法犯罪。转发最高检开展“破坏环境资源犯罪专项立案监督活动”工作方案，要求健全行政执法和刑事司法衔接机制，主动与公安、检察机关联合开展统一行动。16个省级环保部门与公检法建立相互衔接、协调配合、联动互动的执法新机制。 　　更加注重打击数据造假。以数据传输有效率考核为抓手，做到监控数据的完整、一致和有效。截至6月底，全国数据传输有效率平均为95%，比上年底提升了16%。完成2015年下半年数据传输有效率考核基数审核。严厉打击伪造、篡改监测数据等弄虚作假行为，向社会媒体及公众通报了7起弄虚作假违法案例。 　　更加注重规范环境执法。制定印发《环境执法人员行为规范》、《造纸行业环境守法导则》。制（修）订《日常环境监管随机抽查暂行办法》、《环境监察履职尽责规定》、《涉嫌环境污染犯罪案件现场调查取证指南》等6项制度。加强培训和持证上岗管理。印发实施《全国环境监察系统2015~2017年干部教育培训实施方案》。 　　更加注重开展环境稽查。印发《关于加强环境监察稽查工作的通知》，组织省、市两级环保部门开展稽查工作。针对基层执法中不作为问题，组织区域环保督查中心开展国家层面稽查，重点对6个省级、18个市（州）级和20个县级环保局开展稽查。印发《关于进一步规范督查中心环境监察稽查工作的通知》，规范稽查对象、程序和文书等。 　　执法部门越来越意识到，公众参与是环境执法的重要助力 　　新《环境保护法》专章阐述信息公开和公众参与，充分保障了公众的切知情权、参与权、监督权和举报权。 　　全国两会记者会上，陈吉宁部长多次提及信息公开，指出要让所有污染源排放暴露在阳光下，让每一个人成为污染排放监督者。 　　舆论注意到，1月，首部环保领域公众参与条例《河北省公众参与环境保护条例》实施；4月，《环境保护公众参与办法（试行）》公开征求意见，并于7月经环境保护部公布。4月，环境保护部要求各级环保部门要在20个工作日内公开环境行政处罚决定书全文。6月，环境保护“双微”上线…… 　　舆论注意到，环境保护部每月公布重点城市空气质量排名，每月公布群众举报投诉重点环境问题处理情况、违法违规单位及法定代表人名单和处理整改情况，定期向社会公开重点环境案件处理情况。 　　阳光的心态、开放的作风，带动了地方环保部门更加注重信息公开和公众参与。河北省规定，县级环保部门“12369”热线受理群众诉求，必须两小时之内到现场，24小时之内反馈初步结果。中山市环保局通过建立群众评议团，集贤纳智、建言献策、咨询议事 。新浪微博发布的《中国网民环保态度调查》显示，全国蓝V认证的环保类账号共854个，举报—监督—反馈—处罚—公告的监管体系获得认可。 　　阳光的心态、开放的作风，激励了各类环保组织更深更广地参与环境保护。1月1日，新《环境保护法》生效当天，自然之友和福建绿家园作为共同原告提起环境公益诉讼。4月28日，3组织联合发布“蔚蓝地图”APP，首次提供河流湖泊水质信息的手机查询。6月30日，武汉民间环保组织绿色江城发布全国首份湖泊预警地图。 　　阳光的心态、开放的作风，也激发了普通社会公众参与环境监管的积极性。拨打举报电话、微博评论、微信转发，新媒体时代，人人都是观察员，人人都是监督员，人人都是环保员，随手拍家乡污染、随手拍黑烟囱等活动成了热门话题，唤醒公众监督意识，传递正能量。 　　可以说，治污已经成为共识、共责，也渐渐成为共举。 来源：中国环境报深圳市朗石科学仪器有限公司是一家座落于深圳市高新技术产业园区的国家高新技术企业，主要致力于研发、生产和销售满足国内外市场需求的水质自动监测仪器、应急与实验室监测仪器及配套试剂。公司依托国际一流的技术研发中心，为用户提供专业的解决方案以及完善的技术支持和售后服务。公司网址：http://www.szlabsun.com

近期，中国科学院上海应用物理研究所研究员樊春海与西安交通大学生命学院教授赵永席应邀在《化学评论》(Chemical Reviews)发表了关于核酸等温扩增技术的综述论文：Isothermal Amplification of Nucleic Acids(Chem. Rev., 2015, 115, 12491)。　　核酸等温扩增技术是继PCR技术之后发展起来的一类新型核酸体外扩增技术，能在恒定温度下快速、高效地扩增靶标核酸序列。该技术操作简便、无需依赖专用仪器设备，反应条件温和，可应用于细胞表面甚至活细胞内部，在生物传感(核酸、蛋白质、多糖、细胞、小分子及离子检测)、疾病诊断及便携式医疗、细胞内成像和测序等多个学科领域都具有广泛的应用。　　结合研究团队在核酸等温扩增领域的系列研究成果，该论文全面系统地总结了相关技术的发展现状，综述了此类方法在生化分析、生物医学、纳米技术等领域的多方面应用。作为在相关领域首篇全面系统的综述，该论文深入讨论了这一研究领域现存的关键问题和解决方案，并对其未来发展趋势和前景进行了展望，预期将对相关研究领域的发展起到积极的促进作用。上海应物所等发表核酸等温扩增技术研究综述论文

综述 l 芳香化合物连续硝化应用进展（一）康宁用“心"做反应让阅读成为习惯，让灵魂拥有温度芳香化合物的硝化是常用的生产工艺，目前化工领域普遍采用的硝化方法是以混合酸作硝化剂、在釜式反应器中进行间歇式反应，在生产的各个环节都存在着资源、环境、安全、能源等问题。微通道反应器相对于釜式反应器拥有持液量少，换热效率高，传质效率好，过程可控等诸多优势，能有效解决硝化反应中的传质，换热，安全性等问题。随着微化工技术的发展，越来越多地被用于芳香化合物的硝化反应。小编将分两部分向读者介绍微通道反应器在芳香化合物硝化反应中应用进展的综述[1]，希望可以对您有所启发和帮助。微通道反应器在以苯型芳香烃为底物的硝化反应中的应用1以一取代苯型芳香烃为底物的硝化反应氯苯的硝化氯苯的硝化为快速强放热反应，在传统釜式反应器中，反应液搅拌不均匀、反应放出的热量无法及时导出、反应温度不能精确控制，导致副反应发生，不能保障生产安全。微通道反应器具有良好的传热、传质能力，可以有效解决上述问题。余武斌等[2]利用微通道反应器研究了反应温度、原料配比、体积流速等主要因素对氯苯硝化（图1）的选择性、转化率的影响。结果：在最佳条件下单硝化产物n（对硝基氯苯）∶n（邻硝基氯苯）＝1：0.56，与釜式反应器相比，副产物明显减少，转化率明显提高，生产能力提高了4个数量级，并且可以实现工艺的连续化操作苯甲醇硝化合成邻硝基C7H6O和间硝基C7H6O硝基C7H6O是许多精细化学品的重要中间体。Russo等[3]采用微通道反应器在高温和强酸条件下，由苯甲醇合成邻硝基C7H6O和间硝基C7H6O（图2）；并将动力学模型应用在该工艺开发过程，通过优化反应条件来提高反应选择性。结果：在最佳条件下反应温度提高到68℃，邻硝基C7H6O和间硝基C7H6O的收率分别提高到42%和96%，这是传统釜式反应器不可能达到的，该方法为硝基C7H6O的工业化生产提供了一个很好的选择。三氟甲氧基苯的硝化4-（三氟甲氧基）硝基苯（NFBM）是三氟甲氧基苯胺的原料，是农药、药品和液晶材料的中间体。在用混合酸硝化三氟甲氧基苯的反应（图3）中， Wen等[4]应用微通道反应器进行工艺开发，基于其优异的传热性能和低滞留率，提出了一个准均相反应动力学模型，用于研究三氟甲氧基苯连续硝化的动力学和传质特性；并应用动力学模型对高硫酸强度下的反应进行了预测。结果：实验收率与模型预测值吻合较好。表明在未来的数字化生产中，微通道反应器有着广阔的发展前景。2以二取代苯型芳香烃为底物的硝化反应3-氟三氟甲苯硝化Chen等[5]在连续流微通道反应器中，以3-氟三氟甲苯为反应物、混合酸为硝化剂合成了5-氟-2-硝基三氟甲苯（图４）；通过建立传热平衡模型来探索反应条件。结果：在最佳条件下的收率可达96.4%。该方法具有工艺安全性高、合成过程中杂质可控等优点，对促进未来微通道反应器在工业上的应用具有重要意义。连续安全合成邻硝基对叔丁基苯酚邻硝基对叔丁基苯酚是一种重要的有机化工中间体和化工原料。传统工艺是以对叔丁基苯酚为原料，在搪瓷反应釜中与稀硝酸进行硝化反应得到。该工艺反应剧烈放热，反应时间长，生产安全性较差。尚朝辉等[6]针对上述问题开发了一种在微通道反应器中连续安全合成邻硝基对叔丁基苯酚的方法（图5），通过加热柱塞泵实现对叔丁基苯酚的连续进料，在微通道反应器中实现对叔丁基苯酚和高浓度硝酸连续快速硝化。结果：在最佳条件下，对叔丁基苯酚的转化率达到98.7%，邻硝基对叔丁基苯酚的收率达到79.9%。在提高反应选择性的同时也提高了反应安全性。选择性快速硝化1-甲基-4-（甲基磺酰基）苯1-甲基-4-（甲基磺酰基）-2-硝基苯是合成除草剂甲基磺草酮的重要原料。Yu等[7]采用微通道反应器选择性快速硝化1-甲基-4-（甲基磺酰基）苯（图6）。结果：如果您想要了解更多硝化应用案例，欢迎您直接留言

近期，国外一分离科学杂志策划了一期系列采访，就高效液相色谱仪器(HPLC)现状及起技术的未来发展趋势采访了业内多位专家，撰写了综述文章。今起本网将原文翻译节选连载发布，以飨网友。

综述l芳香化合物连续硝化应用进展（二）康宁反应器技术收录于话题#危化反应-硝化18个康宁用“心”做反应让阅读成为习惯，让灵魂拥有温度编前语上文我们通过多个案例，介绍了应用微通道反应器实现一取代和二取代苯型芳香烃为底物的硝化反应的研究进展。在进入本文正文（即本篇综述第二部分内容）前，小编需要补充的是：在硝化等危化工艺连续化研究成果越来越多的现阶段，如何将研究成果应用于实际，实现硝化工艺的工业化放大生产更是行业关注的焦点。康宁反应器技术经过13年的工业化应用研究与推广，在微通道反应器工业化生产领域的应用实现了突破性进展，在全球已经拥有上百家工业化用户，累计安装的年通量已超过80万吨。康宁AFR多套工业化硝化装置始终保持24/7连续稳定安全运行。江苏中丹化工成功采用康宁反应器连续硝化，显著提升了关键中间体生产的本质安全水平，装置稳定运行一年多，得到了客户和地方政府的高度认可。康宁反应器技术和益丰生化环保股份有限公司合作，打造了年通量万吨级全自动全连续微反应硝化生产装置。与传统工厂相比，其亩均产出提升了10倍，运行费用减低20%以上。… … 还有更多硝化、重氮化、氧化、加氢等工业化项目成功实现并稳定运行，帮助客户实现了巨大的经济效益和社会效益。如果您想要了解更多，欢迎您直接留言或电话联系我们！电话：021-22152888-1469您也可以扫描右二维码了解更多康宁AFR应用案例。接下来让我们进入正文——以多取代苯型芳香烃及其它苯型芳香烃为底物的硝化反应二硝基萘的连续化合成倪伟等[9]以萘和95%硝酸为原料，在微通道反应器中研究了二硝基萘的连续化合成工艺（图9），考察了硝酸浓度、反应温度、反应物料比对反应的影响并进一步优化了反应条件。结果：在最佳条件下单硝化产物n（对硝基氯苯）∶n（邻硝基氯苯）＝1：0.56，与釜式反应器相比，副产物明显减少，转化率明显提高，生产能力提高了4个数量级，并且可以实现工艺的连续化操作。1-甲基-4,5-二硝基咪唑硝化合成1-甲基-4,5-二硝基咪唑（4,5-MDN1）是一种性能良好的高能钝感炸药和极具应用价值的熔铸炸药载体。在传统釜式反应器中进行N-甲基咪唑硝化反应时剧烈放热，为控制反应温度需缓慢逐滴加料，反应时间长，产物收率低。刘阳艺红等[10]在微通道反应器为核心的反应体系中进行了4,5-MDN1的合成研究（图12），利用微通道反应器的高传热特性快速提高4,5-MDN1的收率。工业生产中，可通过增加微通道反应器数量来热量，维持恒定的反应温度，在减少混合酸用量的同时，显著提高了提高产量，具有广阔的发展前景。1-甲基-3-丙基-1H-吡唑-5-羧酸硝化反应Panke等[11]采用微通道反应器对1-甲基-3-丙基-1H-吡唑-5-羧酸进行了硝化反应研究（图13）。微通道反应器优秀的传热性能性使反应温度稳定在90℃，避免了100℃脱羧副反应的发生，硝化产物是合成西地那非的重要中间体。结语微通道反应器在芳香化合物的硝化反应中表现出了极大的优势：选择性高、安全性高、转化率高、反应时间短、数增放大、可建立动力学模型等，使得芳香化合物的硝化由传统的间歇式生产转为连续化生产成为可能。尽管微通道反应器还存在一定的局限性，但随着微化工技术的发展，微通道反应器会更加安全化、智能化和连续化，其在芳香化合物的硝化反应中的应用会越来越广泛，硝化反应这类具有污染大、放热强、选择性差的反应也将随之得到优化。参考文献：[1] 化学与生物工程. 2021，38(02).[9] 南京工业大学学报 (自 然 科 学 版)，2016，38(3)：120-125[10] 现代化工，2018，38(6)：140-143.[11] Synthesis, 2003(18): 2827-2830.

将超分子化学和分析化学完美结合起来的超分子分析化学近年来备受关注。该领域研究受体和分析物的作用、组装以及分析物诱导的信号传导和调控，在环境监测、疾病诊断、药物筛选、手性分析分离等方面具有重要应用前景。 　　在国家青年千人计划、国家自然科学基金和福建省自然科学基金等资助下，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室尤磊课题组与美国德克萨斯大学奥斯汀分校教授Eric Anslyn合作，受邀在美国化学会旗舰刊物《化学评论》发表了题为Recent Advances in Supramolecular Analytical Chemistry Using Optical Sensing 的综述论文（Chem. Rev., 2015, DOI: 10.1021/cr5005524）。该综述结合当前超分子化学和动态共价化学最新研究动态，拓展了&ldquo 超分子作用&rdquo 的范围，以&ldquo 动态作用&rdquo 为基石重新定义了&ldquo 超分子分析化学&rdquo 的概念和范畴，以受体和分析物的动态作用和信号传导机理为切入点，结合光学传感系统阐述了这一研究领域的单分析物传感、差分传感和手性传感等三个分支的最新研究进展，并对未来研究方向和发展趋势进行了展望。 　　尤磊在有机化学、超分子化学和化学生物学的交叉领域开展研究，重点研究新型动态作用和组装及其在传感、标记等方面的应用，包括动态共价化学、刺激响应多组分组装、手性识别和放大、有机和生物分析等，相关研究成果发表在Nat. Chem. (2011, 3, 943), J. Am. Chem. Soc. (2012, 134, 7117 2012, 134, 7126), Chem. Sci. (2015, 6, 158), Chem. Eur. J. (2012, 18, 7068 2012, 18, 1102), J. Org. Chem. (2015, DOI: 10.1021/jo502801g)等国际知名期刊上。 福建物构所等发表超分子分析化学研究综述

p 　　 span style=" color: rgb(112, 48, 160) " strong 前言 /strong /span /p p 　　能源问题一直是困扰人类生存发展的终极问题之一，随着时代的进步，不断革新的科学技术为解决这一问题带来了曙光。其中电催化是目前有效的手段之一，涉及诸多新能源和环境保护的研究方向，包括燃料电池、水裂解、制氢、二氧化碳资源化利用等。其中，研究电化学催化剂的微观结构，并监测电催化剂在电催化反应过程中的结构演变规律，对于设计新材料、开发新能源具有重要的意义。 /p p 　　电子显微镜作为研究学者的“电子眼”，不但可以直接观察固体催化剂的形貌，而且可以在原子尺度提供催化剂的精细结构、化学信息和电子信息，对新型高效催化剂的发现、反应过程中催化剂结构演变及结构和性能之间关系的研究起到了重要作用。因此，电子显微学方法作为一种重要的表征技术在催化化学的发展中扮演着至关重要的角色。在过去20年中，电子显微学在电催化领域内也得到了广泛的应用。最近中国科学院金属研究所张炳森研究员课题组对电化学催化剂的透射电子显微学研究进行了总结，并指出了存在的挑战和未来发展方向。 /p p 　 strong 　 span style=" color: rgb(112, 48, 160) " 1. 透射电子显微学方法对电化学催化剂的基本表征 /span /strong /p p 　　与材料研究中其它表征技术(如：X射线衍射、X射线光电子能谱、Raman光谱等)相比，透射电子显微镜具有很高的空间分辨率，可以在纳米尺度甚至是原子尺度下对催化材料结构进行研究，极大地促进了催化化学的发展。透射电镜目前已经发展为综合型分析电镜，从催化剂的微观结构，到化学组成，以及电子结构等信息都可以利用透射电镜分析获得。 /p p 　 strong 　1.1电化学催化剂微观结构表征 /strong /p p 　　电化学催化剂的微观结构，如：颗粒形貌、尺寸、暴露晶面、表界面结构等，对催化剂的性能有非常重要的影响，利用高分辨电子显微术(HRTEM)可以获得这些信息。值得注意的是，在负载型金属催化剂中，很多情况中会有很小的纳米颗粒和原子团簇存在，利用高分辨透射电子显微术(相位衬度成像)观察时可能会忽略这些信息，而利用高角环形暗场-扫描透射电子显微术(HAADF-STEM，Z衬度像)可以很容易地观察到这些颗粒的存在。目前，亚埃尺度分辨的球差校正透射电子显微镜的发展，实现了更好地在原子尺度下观察催化剂表界面结构，同时也促进了单原子电催化剂的发展。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f0f6b75a-dca5-4054-932d-4946fad9e0f5.jpg" title=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 图1. 纳米颗粒的HRTEM图片：(a)多面体 /strong /p p strong PtNix单晶纳米颗粒，(b，c)多晶PtNix纳米颗粒，(d)核壳结构Pt/NiO纳米线，(e)PtNi合金纳米线，(f)锯齿状的Pt纳米线。(a，c)图中右下角插图分别是对应PtNix纳米颗粒的形状模型图和原子模型图，(a-c，f)图中右上角插图为对应纳米颗粒的傅立叶变换图。 /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/da1074c4-9a68-49ef-ad5c-007b7e4e4f96.jpg" title=" 2.jpg" / /p p 　　 strong 图2.(a)Pt/[TaOPO4/VC]-NHT的TEM图片，(b)相同区域的HAADF-STEM图片 (c，d)球差校正透射电子显微镜获得的高分辨HAADF-STEM图片：(c)核壳结构PtPb/Pt纳米片和(d)MoS2负载单原子Pt(左下角插图是相应的构型模拟图)。 /strong /p p 　 strong 　1.2电化学催化剂的化学成分及电子结构表征 /strong /p p 　　双金属及多元金属催化剂是电催化中常用的催化剂，其化学组成及元素的分布对于催化剂的性能也有着至关重要的影响。X射线能谱(EDS)分析不仅可以对电催化剂的化学成分进行半定量分析，同时利用面扫和线扫，也可以得到相应元素在催化剂颗粒中的分布情况。除EDS表征手段，电子能量损失谱(EELS)对催化剂中的元素组分进行定性、定量和元素分布分析等也具有独特的优势，尤其在分析B、O、N等轻元素时，与EDS分析相比，会得到更精确的信息。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/45b9bfc5-c80a-4c25-b99d-f4a411601a16.jpg" title=" 3.jpg" / /p p 　　 br/ /p p 　 strong 　图3.(a)PtNix纳米颗粒的HAADF-STEM图和EDS面扫图，(b)核壳结构Pt/NiO、PtNi合金、锯齿状Pt纳米线的EDS线扫曲线(插图中绿线代表对应的线扫轨迹)，(c)100 ?C水热条件下得到的B/P共掺杂有序介孔碳的TEM图片和B、C、O、P元素的能量过滤TEM图片。 /strong /p p 　　影响电化学催化剂催化性能的另一个重要因素是催化剂中原子的电子结构。EELS除了可以进行成分分析，其另一个重要且常用的功能是分析催化剂中原子的电子结构，从而可以得到相应元素的价态、配位情况等，进而获取相关信息，例如：负载型金属催化剂中金属-载体间电子相互作用，纳米碳材料中掺杂原子的种类及电子结构等。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/bcafabc9-8776-44d7-b3c5-0e6e40886088.jpg" title=" 4.jpg" / /p p 　　 strong 图4.(a，b)Pt-CeOx样品中Ce-M45边和O-K边的电子能量损失谱，(c，d)N-掺杂石墨烯样品中N-K边和C-K边的电子能量损失谱，(e，f)三种B-掺杂类洋葱碳样品中B-K边和C-K边的电子能量损失谱。 /strong /p p 　 span style=" color: rgb(112, 48, 160) " strong 　2. “相同位置-电子显微学”方法(IL-TEM)用于电化学测试条件下电催化剂的结构演变研究 /strong /span /p p strong 　　2.1 IL-TEM方法简介以及其在商业Pt/C电催化剂稳定性研究中的应用 /strong /p p 　　该方法通过将电催化剂分散在坐标微栅上，在透射电镜下准确记录反应前某一具体位置催化剂的微结构信息 随后将携带样品的微栅放到工作电极上，保证接触良好的前提下，将该工作电极置于反应环境中 待反应结束，将坐标微栅从反应体系中取出，并在透射电镜中根据具体的坐标定位追踪反应前记录的位置。通过反应前后、或反应中各个阶段相同位置催化剂结构对比和统计分析，揭示催化剂在反应条件下的结构演变规律，并结合性能测试结果精确阐述构效关系。IL-TEM方法最初应用于电化学反应体系，例如：德国马普Mayrhofer组和西班牙Feliu组等利用此方法研究了铂基催化剂在电化学处理过程中的微结构演变，如负载铂纳米颗粒的脱落、溶解、迁移、团聚长大以及碳载体的腐蚀等特征行为。通过对负载活性组分(纳米颗粒)以及载体(活性炭)结构演变的同时观察，并关联其性能，揭示了不同反应条件下催化剂的失活机制问题。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/571bfe7a-296b-4eef-a73c-e9eb15528350.jpg" title=" 5.jpg" / /p p 　　 strong 图5.(a, b)IL-TEM方法在电化学三电极测试体系中的应用示意图,(c-f)利用坐标微栅在透射电镜下通过依次放大追踪相同位置催化剂的微结构信息。 /strong /p p strong 　　2.2 IL-TEM方法在电化学新材料体系中的应用 /strong /p p 　　各类新型纳米碳材料，如纳米碳球、碳纳米管、石墨烯等，具有优异的导电性、耐酸碱性以及较高的比表面积和丰富的孔结构等特点在能源转化领域得到了广泛关注。其本身通过杂原子改性作为氧还原和二氧化碳还原反应电催化剂被大量研究。除此以外，利用表面改性纳米碳作为电催化剂载体调控活性组分与碳载体间相互作用也是近几年新兴的研究热点之一，通过使用IL-TEM方法跟踪负载纳米粒子在改性碳载体表面的迁移、团聚和溶解等行为直观揭示不同表面修饰对电催化剂的稳定作用。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f57af8d7-c227-4571-8e0c-ed72ae77f569.jpg" title=" 6.jpg" / /p p 　　 strong 图6. IL-TEM方法用于氮掺杂碳纳米球负载Pt催化剂在氧还原反应(左上)、氧官能团化和氮掺杂改性碳纳米管负载Pt催化剂在甲醇电氧化反应(左下)、及化学接枝法改性石墨烯负载Pt催化剂在氧还原反应(右)中的稳定性研究。 /strong /p p strong 　　2.3 IL-TEM方法拓展应用于传统液相催化反应 /strong /p p 　　目前，IL-TEM方法已成功应用于电化学体系，直观揭示了不同反应条件中催化剂结构演变，以及碳材料载体表面性质对于负载金属电催化剂的稳定性影响及失活机制。而在环境电镜或原位透射样品杆中难以实现的传统液相催化反应体系中，IL-TEM方法也具有独特的优势。金属研究所张炳森、苏党生课题组在2016年底报道了此方法在液相催化反应(芳硝基化合物选择性加氢)中的应用，也是此方法第一次应用在传统液相催化反应体系中，通过研究反应条件下相同位置催化剂的结构演变过程，直观证明了氮物种的引入对负载的铂纳米颗粒的稳定性起重要作用，实现了铂-碳相互作用调节提升碳基负载型催化剂催化性能。该方法为精确研究液相催化反应中催化剂的构效关系，尤其是复杂液相催化反应体系，如固液、气液固等三相共存反应体系，探索复杂液相环境中催化反应活性中心的诱导产生、演变等行为规律提供了很好的手段，并更好地为新型高效催化剂的开发提供指导。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/64e15822-6ae3-433a-be3c-a0a0ff5988f2.jpg" title=" 7.jpg" / /p p 　 strong 　图7. IL-TEM方法在液相反应体系中的应用示意图(左上) 氧官能团化以及氮掺杂改性碳纳米管负载高分散铂纳米粒子催化剂相同位置在反应前后的透射电镜对比图(左下) 氮掺杂碳纳米管负载高分散铂纳米粒子催化剂相同位置在不同反应时间的HAADF-STEM图(右图)。 /strong /p p strong 　　 /strong span style=" color: rgb(112, 48, 160) " strong 3. 原位电化学样品杆的应用前景 /strong /span /p p 　　常规透射电镜表征，样品所处的环境是真空和室温，与实际电催化剂所处的液体环境差距较大，并且是对反应前后进行随机取样表征，不够直观准确且存在严重的滞后效应，因此需要开展原位表征。电化学原位透射样品台的出现为实时观察服役环境下电催化剂的微结构以及结构演变提供了有效研究手段，并通过与电化学工作站联用可以得到实时性能数据，为揭示电催化反应黑匣子提供重要参考依据。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/9dc78db6-8ef1-4d37-b32f-52ad3873eddb.jpg" title=" 8.jpg" / /p p 　　 strong 图8.(a, b)电化学原位透射样品杆示意图，(c, d)电化学测试实时数据。 /strong /p p strong 　 /strong span style=" color: rgb(112, 48, 160) " strong 　4. 总结与展望 /strong /span /p p 　　先进电子显微方法(分析型电子显微方法和高分辨电子显微方法)的发展提供了从微观尺度认识和理解电化学纳米催化剂结构特征的有效手段。该文通过大量研究工作全面系统地综述了透射电子显微术在揭示电催化剂纳米尺度形貌、原子尺度精细结构、化学组成以及电子结构等信息方面的重要作用，对新型高效电催化剂的设计研发、反应过程中的催化剂结构演变及结构性能间关系等的研究具有指导意义。“相同位置-电子显微学”方法的引入对于研究真实反应条件下催化剂的结构动态行为特征，揭示其稳定性和失活机理等方面提供了更直观准确的研究手段。同时，前沿性研究中电化学原位透射样品台的介绍，展望了将常规透射电镜对电催化剂的表征转变为在线可视化的电化学微型实验室的研究趋势 通过在电子显微镜中建立微纳米反应室，获取真实反应条件下催化剂活性位结构特征，使其成为电化学催化剂的创新工具。 /p p style=" text-align: center " --------------------------------------------------------------------- br/ /p p 　　Liyun Zhang,Wen Shi,Bingsen Zhang, A review of electrocatalyst characterization by transmission electron microscopy, Journal of Energy Chemistry,DOI:10.1016/j.jechem.2017.10.016 /p

p 　　施普林格出版商近日与上海大学签署协议，双方将联合国际电化学与能源科学院(IAOEES)合作推出一本新刊《电化学能源评论》。该刊为英文季刊，由上海大学与国际电化学与能源科学院主办，施普林格出版。这将是全球首本专注于电化学能源的综述期刊。 /p p 　　该刊物聚焦的电化学能源转换和储存技术主要包括燃料电池、二次电池(如锂离子电池)、超级电容器等，广泛应用于移动电子设备、电动车、航空航天等领域。 /p p 　　《电化学能源评论》主要发表电化学能源领域高质量的综述类文章，涉及电化学基础研究、燃料电池、超级电容器、锂离子电池、金属空气电池、制氢与储氢、二氧化碳转化、电化学纳米材料、电化学能源工业前沿等主题。 /p p 　　据介绍，该刊将于2018年第一季度正式出版，并将由上海大学理学院院长兼可持续能源研究院院长、加拿大国家工程院院士张久俊和加拿大国家首席教授、加拿大工程院院士孙学良担任联席主编。刊物的执行主编及副主编将由来自加拿大、美国、意大利和中国等国的资深专家与学者担任。 /p p 　　据介绍，目前，施普林格已与中国科研机构和学会合作创办了约130本学术期刊。 /p p /p

中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究员黄超兰受邀在蛋白质组学国际期刊Expert Review of Proteomics上发表综述文章。黄超兰与博士彭超(该文第一作者)撰述的The Story of Protein Arginine Methylation: Characterization, Regulation, and Function 于1月5日在线发表在此杂志上。该论文系统地介绍了鉴定不同类型的精氨酸甲基化的技术方法及其发展历程，并对精氨酸甲基化不同类型的writers和erasers的最新进展、生物学功能以及与疾病的紧密联系进行了系统性的总结和展望。　　精氨酸甲基化(Arginine methylation)是蛋白质后修饰中重要的一种，它参与了基因表达的调节、DNA的修复等重要的生命过程，与肿瘤、心血管疾病、病毒感染和自身免疫性疾病等多种疾病密切相关 甲基化水平异常的蛋白质可以作为潜在的生物标志物或药物研究靶点。该综述能使读者加深对精氨酸甲基化蛋白质、后修饰位点、表达水平以及其调控机制的了解，有利于人们进一步探索其在生命过程中的作用，特别是与疾病发生的关系，加快相关药物靶点的研究进程。　　黄超兰研究组一直致力于质谱和基于质谱的蛋白质组学应用于蛋白质研究的难题技术研发，相关技术已经帮助广大科学家解决了众多的科学难题，大力促进了科学研究的发展。该项工作得到了中科院引进杰出技术人才、关键技术人才和国家基金委自然科学基金青年项目等的资助。

助推创新型国家发展——我国积极参与国际标准研究和制定综述 　　“做一流企业，参与国际标准制定是大势所趋。”带着颇有前瞻眼光的发展理念，以上海国际港务(集团)股份有限公司包起帆为代表的工作组历经5年、几经挫折，把由中国专家发起和主导的集装箱RFID货运标签系统推上国际标准舞台。 　　国际标准化组织(ISO)日前正式发布了《ISO 18186：货物集装箱-RFID货运标签系统》国际标准。这是自1978年我国参与国际标准化组织活动以来，在物流、物联网领域第一个由我国专家发起、起草和主导的国际标准，也是我国自主创新成果最终上升为国际标准的成功探索。 　　事实上，这种探索并非个例。随着我国经济贸易的快速发展，产业技术水平和自主创新能力的日益提升，近年来，我国实质性参与国际标准化活动的能力和水平明显提高，一批中国技术和标准成功走向世界。 　　国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)是世界范围内最有影响、最权威的国际标准化机构。2008年10月，我国成为ISO常任理事国 2011年10月，我国又成为IEC常任理事国。 　　国家质检总局的统计数据显示，截至目前，我国担任ISO/IEC技术委员会主席、副主席达到33个，承担秘书处增长到57个，担任工作组召集人达到72人 由我国提出并承担起草的国际标准，在ISO/IEC立项的已达到237项，其中109项已被ISO/IEC正式批准发布。 　　与此同时，我国自主关键技术和重要技术标准不断提升为国际标准新领域和新标准，尤其是近几年我国超高压直流输电、中医药、节能量计算方法、煤层气、烟花爆竹等优势领域先后成为ISO和IEC国际标准化新工作领域。截至目前，我国向ISO和IEC提交并立项的国际标准提案已达237项，其中已有109项正式发布为ISO和IEC标准。 　　近年来，我国参与国际标准制修订工作的广度和深度不断提高。截至目前，在ISO共740个技术委员会和分委员会中，我国以积极成员(P成员)身份参与了643个技术委员会的活动，参与比例达到86.9% 在IEC共177个技术委员会和分委员会中，我国以积极成员(P成员)参与了所有技术机构的国际标准化活动，在国际标准的制修订中充分发表意见。 　　此外，来自国内企业、行业协会、科研机构、高等院校、检测机构、消费者团体等各方面的专家积极参与国际标准制修订工作，我国在ISO和IEC直接参与国际标准起草工作的国际注册专家人数已达到1300余人，国际标准化人才队伍进一步壮大。由于我国专家在国际标准制修订工作中作出的突出贡献，自IEC2004年设立“IEC1906贡献奖”以来，我国已有13名专家获此殊荣。 　　“三流企业卖产品，二流企业卖专利，一流企业卖标准。”企业作为国家创新的主体，通过推动标准建设能够跻身上游。而提高自主创新能力也是国家发展战略的核心。如果没有国际标准的推动，发明创新成果在国际上也就无法得到普遍应用。参与国际标准研究和制定，也成为国家科技创新、经济发展的重要推动力。 　　近年来，由我国承担起草的国际标准涉及能源、环境、健康、海洋技术、空天技术、低碳技术、装备制造以及社会管理和文化事业等多个国际热点和事关我国经济社会发展的重要领域，这为推动我国创新技术的产业化应用、支撑培育和发展战略新兴产业，以及服务传统产业调整升级发挥了重要的技术基础作用。 　　据介绍，我国起草制定的《家用电子系统的资源共享协同服务(IGRS)》等3项国际标准，有效推动“闪联”的计算机、电视、机顶盒、投影机、桥接适配器等一批标志性闪联终端产品销售。据统计，已有20余种、近百款闪联产品上市销售，累计销量超过1400万台，带来的直接经济增加值超过30亿元。 　　基于我国自主创新技术研制的工业实时以太网国际标准，打破了工业自动化国际标准一直由欧美发达国家垄断的局面。依据该技术开发出的系列产品，已应用在青藏铁路线上，为国家节省了1500万元左右的采购资金。 　　据估算，我国在2006至2010年间总计付出了352.7亿元的工业以太网产品采购资金，如果各行业设计院所、系统集成商和最终用户能够使用中国自主创新的工业以太网产品，按照节省20%费用保守计算，5年间将为国家节省大约60亿元人民币采购资金。

X射线晶体学技术是人们了解原子世界的利器，人们通过这一技术获得了许多重要的生物学结构。在晶体学技术百年诞辰之际，Cell杂志发表了清华大学施一公教授的前沿文章。这篇综述性文章全面介绍了X射线晶体学技术和结构生物学的历史和现状，读者现在可以在Cell网站免费获取全文。 　　1914年，德国科学家Max von Laue因为发现晶体中的X射线衍射现象，获得了诺贝尔物理学奖，这一发现直接催生了X射线晶体学。从那以后，研究者们用这一衍射技术解析了大量复杂分子的晶体结构，从简单的矿物、高科技材料(如石墨烯)到病毒等生物学结构。 　　自1957年确定了肌红蛋白的结构以来，X射线晶体学技术就成为了结构生物学的重要工具，为人们不断揭示生命的奥秘。这一技术不仅增进了我们对细胞的认识，还大大推动了现代医学的发展。 　　这篇文章首先从结构生物学的角度，回顾了X射线晶体学技术的发展简史。随后，施一公教授以蛋白激酶和膜整合蛋白为例，阐述了结构生物学的发展和现状，探讨了技术发展带来的影响并对未来进行了展望。 　　作者简介： 　　施一公，世界着名的结构生物学家，美国双院外籍院士，中国科学院院士。曾是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身教授和讲席教授。 　　2008年2月至今，受聘清华大学教授 2009年9月28日起，任清华大学生命科学学院院长。获2010年赛克勒国际生物物理学奖。2013年4月当选美国艺术与科学院外籍院士、美国科学院外籍院士。2013年12月19日，施一公当选中国科学院院士。2014年4月2日，施一公获爱明诺夫奖，成为获此奖项的第一位中国人。该奖为国际知名奖项，由瑞典国王亲自颁发。 　　主要科研领域与方向：主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究 　　推荐阅读 　　英文全文下载：A Glimpse of Structural Biology throughX-Ray Crystallography

摘要晶圆表面缺陷检测在半导体制造中对控制产品质量起着重要作用，已成为计算机视觉领域的研究热点。然而，现有综述文献中对晶圆缺陷检测方法的归纳和总结不够透彻，缺乏对各种技术优缺点的客观分析和评价，不利于该研究领域的发展。本文系统分析了近年来国内外学者在晶圆表面缺陷检测领域的研究进展。首先，介绍了晶圆表面缺陷模式的分类及其成因。根据特征提取方法的不同，目前主流的方法分为三类：基于图像信号处理的方法、基于机器学习的方法和基于深度学习的方法。此外，还简要介绍了代表性算法的核心思想。然后，对每种方法的创新性进行了比较分析，并讨论了它们的局限性。最后，总结了当前晶圆表面缺陷检测任务中存在的问题和挑战，以及该领域未来的研究趋势以及新的研究思路。1.引言硅晶圆用于制造半导体芯片。所需的图案是通过光刻等工艺在晶圆上形成的，是半导体芯片制造过程中非常重要的载体。在制造过程中，由于环境和工艺参数等因素的影响，晶圆表面会产生缺陷，从而影响晶圆生产的良率。晶圆表面缺陷的准确检测，可以加速制造过程中异常故障的识别以及制造工艺的调整，提高生产效率，降低废品率。晶圆表面缺陷的早期检测往往由经验丰富的检测人员手动进行，存在效率低、精度差、成本高、主观性强等问题，不足以满足现代工业化产品的要求。目前，基于机器视觉的缺陷检测方法[1]在晶圆检测领域已经取代了人工检测。传统的基于机器视觉的缺陷检测方法往往采用手动特征提取，效率低下。基于计算机视觉的检测方法[2]的出现，特别是卷积神经网络等神经网络的出现，解决了数据预处理、特征表示和提取以及模型学习策略的局限性。神经网络以其高效率、高精度、低成本、客观性强等特点，迅速发展，在半导体晶圆表面缺陷检测领域得到广泛应用。近年来，随着智能终端和无线通信设施等电子集成电路的发展，以及摩尔定律的推广，在全球对芯片的需求增加的同时，光刻工艺的精度也有所提高。随着技术的进步，工艺精度已达到10纳米以下[5]。因此，对每个工艺步骤的良率提出了更高的要求，对晶圆制造中的缺陷检测技术提出了更大的挑战。本文主要总结了晶圆表面缺陷检测算法的相关研究，包括传统的图像处理、机器学习和深度学习。根据算法的特点，对相关文献进行了总结和整理，对晶圆缺陷检测领域面临的问题和挑战进行了展望和未来发展。本文旨在帮助快速了解晶圆表面缺陷检测领域的相关方法和技能。2. 晶圆表面缺陷模式在实际生产中，晶圆上的缺陷种类繁多，形状不均匀，增加了晶圆缺陷检测的难度。在晶圆缺陷的类型中，无图案晶圆缺陷和图案化晶圆缺陷是晶圆缺陷的两种主要形式。这两类缺陷是芯片故障的主要原因。无图案晶圆缺陷多发生在晶圆生产的预光刻阶段，即由机器故障引起的晶圆缺陷。划痕缺陷如图1a所示，颗粒污染缺陷如图1b所示。图案化晶圆缺陷多见于晶圆生产的中间工序。曝光时间、显影时间和烘烤后时间不当会导致光刻线条出现缺陷。螺旋激励线圈和叉形电极的微纳制造过程中晶圆表面产生的缺陷如图2所示。开路缺陷如图2 a所示，短路缺陷如图2 b所示，线路污染缺陷如图2 c所示，咬合缺陷如图2d所示。图1.（a）无图案晶圆的划痕缺陷；（b）无图案晶圆中的颗粒污染。图2.（a）开路缺陷，（b）短路缺陷，（c）线路污染，以及（d）图案化晶圆缺陷图中的咬合缺陷。由于上述晶圆缺陷的存在，在对晶圆上所有芯片进行功能完整性测试时，可能会发生芯片故障。芯片工程师用不同的颜色标记测试结果，以区分芯片的位置。在不同操作过程的影响下，晶圆上会产生相应的特定空间图案。晶圆图像数据，即晶圆图，由此生成。正如Hansen等在1997年指出的那样，缺陷芯片通常具有聚集现象或表现出一些系统模式，而这种缺陷模式通常包含有关工艺条件的必要信息。晶圆图不仅可以反映芯片的完整性，还可以准确描述缺陷数据对应的空间位置信息。晶圆图可能在整个晶圆上表现出空间依赖性，芯片工程师通常可以追踪缺陷的原因并根据缺陷类型解决问题。Mirza等将晶圆图缺陷模式分为一般类型和局部类型，即全局随机缺陷和局部缺陷。晶圆图缺陷模式图如图3所示，局部缺陷如图3 a所示，全局随机缺陷如图3b所示。全局随机缺陷是由不确定因素产生的，不确定因素是没有特定聚类现象的不可控因素，例如环境中的灰尘颗粒。只有通过长期的渐进式改进或昂贵的设备大修计划，才能减少全局随机缺陷。局部缺陷是系统固有的，在晶圆生产过程中受到可控因素的影响，如工艺参数、设备问题和操作不当。它们反复出现在晶圆上，并表现出一定程度的聚集。识别和分类局部缺陷，定位设备异常和不适当的工艺参数，对提高晶圆生产良率起着至关重要的作用。图3.（a）局部缺陷模式（b）全局缺陷模式。对于面积大、特征尺寸小、密度低、集成度低的晶圆图案，可以用电子显微镜观察光刻路径，并可直接进行痕量检测。随着芯片电路集成度的显著提高，进行芯片级检测变得越来越困难。这是因为随着集成度的提高，芯片上的元件变得更小、更复杂、更密集，从而导致更多的潜在缺陷。这些缺陷很难通过常规的检测方法进行检测和修复，需要更复杂、更先进的检测技术和工具。晶圆图研究是晶圆缺陷检测的热点。天津大学刘凤珍研究了光刻设备异常引起的晶圆图缺陷。针对晶圆实际生产过程中的缺陷，我们通过设备实验对光刻胶、晶圆粉尘颗粒、晶圆环、划痕、球形、线性等缺陷进行了深入研究，旨在找到缺陷原因，提高生产率。为了确定晶圆模式失效的原因，吴明菊等人从实际制造中收集了811,457张真实晶圆图，创建了WM-811K晶圆图数据集，这是目前应用最广泛的晶圆图。半导体领域专家为该数据集中大约 20% 的晶圆图谱注释了八种缺陷模式类型。八种类型的晶圆图缺陷模式如图4所示。本综述中引用的大多数文章都基于该数据集进行了测试。图4.八种类型的晶圆映射缺陷模式类型：（a）中心、（b）甜甜圈、（c）边缘位置、（d）边缘环、（e）局部、（f）接近满、（g）随机和（h）划痕。3. 基于图像信号处理的晶圆表面缺陷检测图像信号处理是将图像信号转换为数字信号，再通过计算机技术进行处理，实现图像变换、增强和检测。晶圆检测领域常用的有小波变换（WT）、空间滤波（spatial filtering）和模板匹配（template matching）。本节主要介绍这三种算法在晶圆表面缺陷检测中的应用。图像处理算法的比较如表1所示。表 1.图像处理算法的比较。模型算法创新局限小波变换 图像可以分解为多种分辨率，并呈现为具有不同空间频率的局部子图像。防谷物。阈值的选择依赖性很强，适应性差。空间滤波基于空间卷积，去除高频噪声，进行边缘增强。性能取决于阈值参数。模板匹配模板匹配算法抗噪能力强，计算速度快。对特征对象大小敏感。3.1. 小波变换小波变换（WT）是一种信号时频分析和处理技术。首先，通过滤波器将图像信号分解为不同的频率子带，进行小波分解 然后，通过计算小波系数的平均值、标准差或其他统计度量，分析每个系数以检测任何异常或缺陷。异常或缺陷可能表现为小波系数的突然变化或异常值。根据分析结果，使用预定义的阈值来确定信号中的缺陷和异常，并通过识别缺陷所在的时间和频率子带来确定缺陷的位置。小波分解原理图如图5所示，其中L表示低频信息，H表示高频信息。每次对图像进行分解时，图像都会分解为四个频段：LL、LH、HL 和 HH。下层分解重复上层LL带上的分解。小波变换在晶圆缺陷特征的边界处理和多尺度边缘检测中具有良好的性能。图5.小波分解示意图。Yeh等提出了一种基于二维小波变换（2DWT）的方法，该方法通过修正小波变换模量（WTMS）计算尺度系数之间的比值，用于晶圆缺陷像素的定位。通过选择合适的小波基和支撑长度，可以使用少量测试数据实现晶圆缺陷的准确检测。图像预处理阶段耗费大量时间，严重影响检测速度。Wen-Ren Yang等提出了一种基于短时离散小波变换的晶圆微裂纹在线检测系统。无需对晶圆图像进行预处理。通过向晶圆表面发射连续脉冲激光束，通过空间探针阵列采集反射信号，并通过离散小波变换进行分析，以确定微裂纹的反射特性。在加工的情况下，也可以对微裂纹有更好的检测效果。多晶太阳能硅片表面存在大量随机晶片颗粒，导致晶圆传感图像纹理不均匀。针对这一问题，Kim Y等提出了一种基于小波变换的表面检测方法，用于检测太阳能硅片缺陷。为了更好地区分缺陷边缘和晶粒边缘，使用两个连续分解层次的小波细节子图的能量差作为权重，以增强每个分解层次中提出的判别特征。实验结果表明，该方法对指纹和污渍有较好的检测效果，但对边缘锋利的严重微裂纹缺陷无效，不能适用于所有缺陷。3.2. 空间过滤空间滤波是一种成熟的图像增强技术，它是通过直接对灰度值施加空间卷积来实现的。图像处理中的主要作用是图像去噪，分为平滑滤镜和锐化滤镜，广泛应用于缺陷检测领域。图6显示了图像中中值滤波器和均值滤波器在增加噪声后的去噪效果。图6.滤波去噪效果图：（a）原始图像，（b）中值滤波去噪，（c）均值滤光片去噪。Ohshige等提出了一种基于空间频率滤波技术的表面缺陷检测系统。该方法可以有效地检测晶圆上的亚微米缺陷或异物颗粒。晶圆制造中随机缺陷的影响。C.H. Wang提出了一种基于空间滤波、熵模糊c均值和谱聚类的晶圆缺陷检测方法，该方法利用空间滤波对缺陷区域进行去噪和提取，通过熵模糊c均值和谱聚类获得缺陷区域。结合均值和谱聚类的混合算法用于缺陷分类。它解决了传统统计方法无法提取具有有意义的分类的缺陷模式的问题。针对晶圆中的成簇缺陷，Chen SH等开发了一种基于中值滤波和聚类方法的软件工具，所提算法有效地检测了缺陷成簇。通常，空间过滤器的性能与参数高度相关，并且通常很难选择其值。3.3. 模板匹配模板匹配检测是通过计算模板图像与被测图像之间的相似度来实现的，以检测被测图像与模板图像之间的差异区域。Han H等从晶圆图像本身获取的模板混入晶圆制造工艺的设计布局方案中，利用物理空间与像素空间的映射，设计了一种结合现有圆模板匹配检测新方法的晶圆图像检测技术。刘希峰结合SURF图像配准算法，实现了测试晶圆与标准晶圆图案的空间定位匹配。测试图像与标准图像之间的特征点匹配结果如图7所示。将模式识别的轮廓提取技术应用于晶圆缺陷检测。Khalaj等提出了一种新技术，该技术使用高分辨率光谱估计算法提取晶圆缺陷特征并将其与实际图像进行比较，以检测周期性2D信号或图像中不规则和缺陷的位置。图7.测试图像与标准图像之间的特征点匹配结果。下接：晶圆表面缺陷检测方法综述【下】

纳米尺度上的表征和追踪对深入理解物质的本质和转化机制具有至关重要的作用。然而，目前的技术仍存在许多局限性，如缺乏准确的分子结构信息、不能实时监测或跟踪中间体、易受基质干扰等。质谱具有强大的定性和定量能力，已展现出成为一种强大的纳米表征和溯源工具的潜力。近年来，中科院生态环境中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室江桂斌院士课题组在质谱用于纳米尺度上材料的表征和溯源方面开展了较为系统的研究。基于这些工作，江桂斌课题组刘倩研究员与中科院化学所聂宗秀研究员合作，撰写了题为“Mass spectrometry for multi-dimensional characterization of natural and synthetic materials at the nanoscale”（质谱对天然和合成材料的纳米尺度多维表征）的综述，发表于化学领域著名综述期刊Chemical Society Reviews（DOI: 10.1039/d0cs00714e IF 42.846）。　　质谱在纳米尺度多维表征方面的应用概况　　论文综述了质谱技术在纳米多维表征中的应用，涵盖了纳米表征的几乎所有方面，充分展现质谱在纳米表征中的潜力。针对纳米材料的多维性质，系统地总结了质谱在天然和人工的纳米材料和纳米结构的粒径和尺寸表征、化学成分和形态表征、分子量分布、表面分析、反应中间体和产物的识别和监测、稳定性和转化过程的监测、源解析和追踪、与生物分子的相互作用及其毒性的评估、动物和人体内的纳米材料的分布和归趋、光电性能的评价等方面的进展及优势。特别针对一些新的应用领域，如质谱成像用于研究生物体内的纳米材料的分布和归趋、稳定同位素用于溯源纳米材料以及纳米材料的风险评估等，进行了详细的介绍和展望。与其他表征技术相比，质谱也具有独特的实时监测和跟踪反应中间体和副产物的能力。本综述有助于更新目前质谱应用的传统观念，而且有望推动质谱技术在包含大气超细颗粒物在内的纳米材料的环境归趋、健康风险评价等方面的应用。　　论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs00714e#!divAbstract

摘要随着对性能优于硅基器件的碳化硅（SiC）功率器件的需求不断增长，碳化硅制造工艺的高成本和低良率是尚待解决的最紧迫问题。研究表明，SiC器件的性能很大程度上受到晶体生长过程中形成的所谓杀手缺陷（影响良率的缺陷）的影响。在改进降低缺陷密度的生长技术的同时，能够识别和定位缺陷的生长后检测技术已成为制造过程的关键必要条件。在这篇综述文章中，我们对碳化硅缺陷检测技术以及缺陷对碳化硅器件的影响进行了展望。本文还讨论了改进现有检测技术和降低缺陷密度的方法的潜在解决方案，这些解决方案有利于高质量SiC器件的大规模生产。前言由于电力电子市场的快速增长，碳化硅（SiC，一种宽禁带半导体）成为开发用于电动汽车、航空航天和功率转换器的下一代功率器件的有前途的候选者。与由硅或砷化镓（GaAs）制成的传统器件相比，基于碳化硅的电力电子器件具有多项优势。表1显示了SiC、Si、GaAs以及其他宽禁带材料（如GaN和金刚石）的物理性能的比较。由于具有宽禁带（4H-SiC为~3.26eV），基于SiC器件可以在更高的电场和更高的温度下工作，并且比基于Si的电力电子器件具有更好的可靠性。SiC还具有优异的导热性（约为Si的三倍），这使得SiC器件具有更高的功率密度封装，具有更好的散热性。与硅基功率器件相比，其优异的饱和电子速度（约为硅的两倍）允许更高的工作频率和更低的开关损耗。SiC优异的物理特性使其非常有前途地用于开发各种电子设备，例如具有高阻断电压和低导通电阻的功率MOSFET，以及可以承受大击穿场和小反向漏电流的肖特基势垒二极管（SBD）。性质Si3C-SiC4H-SiCGaAsGaN金刚石带隙能量（eV）1.12.23.261.433.455.45击穿场（106Vcm−1)0.31.33.20.43.05.7导热系数（Wcm−1K−1)1.54.94.90.461.322饱和电子速度（107cms−1)1.02.22.01.02.22.7电子迁移率（cm2V−1s−1)150010001140850012502200熔点（°C）142028302830124025004000表1电力电子用宽禁带半导体与传统半导体材料的物理特性（室温值）对比提高碳化硅晶圆质量对制造商来说很重要，因为它直接决定了碳化硅器件的性能，从而决定了生产成本。然而，低缺陷密度的SiC晶圆的生长仍然非常具有挑战性。最近，碳化硅晶圆制造的发展已经完成了从100mm（4英寸）到150mm（6英寸）晶圆的艰难过渡。SiC需要在高温环境中生长，同时具有高刚性和化学稳定性，这导致生长的SiC晶片中存在高密度的晶体和表面缺陷，导致衬底和随后制造的外延层质量差。图1总结了SiC中的各种缺陷以及这些缺陷的工艺步骤，下一节将进一步讨论。图1SiC生长过程示意图及各步骤引起的各种缺陷各种类型的缺陷会导致设备性能不同程度的劣化，甚至可能导致设备完全失效。为了提高良率和性能，在设备制造之前检测缺陷的技术变得非常重要。因此，快速、高精度、无损的检测技术在碳化硅生产线中发挥着重要作用。在本文中，我们将说明每种类型的缺陷及其对设备性能的影响。我们还对不同检测技术的优缺点进行了深入的讨论。这篇综述文章中的分析不仅概述了可用于SiC的各种缺陷检测技术，还帮助研究人员在工业应用中在这些技术中做出明智的选择（图2）。表2列出了图2中检测技术和缺陷的首字母缩写。图2可用于碳化硅的缺陷检测技术表2检测技术和缺陷的首字母缩写见图SEM：扫描电子显微镜OM：光学显微镜BPD：基面位错DIC：微分干涉对比PL：光致发光TED：螺纹刃位错OCT：光学相干断层扫描CL：阴极发光TSD：螺纹位错XRT：X射线形貌术拉曼：拉曼光谱SF：堆垛层错碳化硅的缺陷碳化硅晶圆中的缺陷通常分为两大类：（1）晶圆内的晶体缺陷和（2）晶圆表面处或附近的表面缺陷。正如我们在本节中进一步讨论的那样，晶体学缺陷包括基面位错（BPDs）、堆垛层错（SFs）、螺纹刃位错（TEDs）、螺纹位错（TSDs）、微管和晶界等，横截面示意图如图3（a）所示。SiC的外延层生长参数对晶圆的质量至关重要。生长过程中的晶体缺陷和污染可能会延伸到外延层和晶圆表面，形成各种表面缺陷，包括胡萝卜缺陷、多型夹杂物、划痕等，甚至转化为产生其他缺陷，从而对器件性能产生不利影响。图3SiC晶圆中出现的各种缺陷。（a）碳化硅缺陷的横截面示意图和（b）TEDs和TSDs、（c）BPDs、（d）微管、（e）SFs、（f）胡萝卜缺陷、（g）多型夹杂物、（h）划痕的图像生长在4°偏角4H-SiC衬底上的SiC外延层是当今用于各种器件应用的最常见的晶片类型。在4°偏角4H-SiC衬底上生长的SiC外延层是当今各种器件应用中最常用的晶圆类型。众所周知，大多数缺陷的取向与生长方向平行，因此，SiC在SiC衬底上以4°偏角外延生长不仅保留了下面的4H-SiC晶体，而且使缺陷具有可预测的取向。此外，可以从单个晶圆上切成薄片的晶圆总数增加。然而，较低的偏角可能会产生其他类型的缺陷，如3C夹杂物和向内生长的SFs。在接下来的小节中，我们将讨论每种缺陷类型的详细信息。晶体缺陷螺纹刃位错（TEDs）、螺纹位错（TSDs）SiC中的位错是电子设备劣化和失效的主要来源。螺纹刃位错（TSDs）和螺纹位错（TEDs）都沿生长轴运行，Burgers向量分别为和1/3。TSDs和TEDs都可以从衬底延伸到晶圆表面，并带来小的凹坑状表面特征，如图3b所示。通常，TEDs的密度约为8000-10,0001/cm2，几乎是TSDs的10倍。扩展的TSDs，即TSDs从衬底延伸到外延层，可能在SiC外延生长过程中转化为基底平面上的其他缺陷，并沿生长轴传播。Harada等人表明，在SiC外延生长过程中，TSDs被转化为基底平面上的堆垛层错（SFs）或胡萝卜缺陷，而外延层中的TEDs则被证明是在外延生长过程中从基底继承的BPDs转化而来的。基面位错（BPDs）另一种类型的位错是基面位错（BPDs），它位于SiC晶体的平面上，Burgers矢量为1/3。BPDs很少出现在SiC晶圆表面。它们通常集中在衬底上，密度为15001/cm2，而它们在外延层中的密度仅为约101/cm2。Kamei等人报道，BPDs的密度随着SiC衬底厚度的增加而降低。BPDs在使用光致发光（PL）检测时显示出线形特征，如图3c所示。在SiC外延生长过程中，扩展的BPDs可能转化为SFs或TEDs。微管在SiC中观察到的常见位错是所谓的微管，它是沿生长轴传播的空心螺纹位错，具有较大的Burgers矢量分量。微管的直径范围从几分之一微米到几十微米。微管在SiC晶片表面显示出大的坑状表面特征。从微管发出的螺旋，表现为螺旋位错。通常，微管的密度约为0.1–11/cm2，并且在商业晶片中持续下降。堆垛层错（SFs）堆垛层错(SFs)是SiC基底平面中堆垛顺序混乱的缺陷。SFs可能通过继承衬底中的SFs而出现在外延层内部，或者与扩展BPDs和扩展TSDs的变换有关。通常，SFs的密度低于每平方厘米1个，并且通过使用PL检测显示出三角形特征,如图3e所示。然而，在SiC中可以形成各种类型的SFs，例如Shockley型SFs和Frank型SFs等，因为晶面之间只要有少量的堆叠能量无序可能导致堆叠顺序的相当大的不规则性。点缺陷点缺陷是由单个晶格点或几个晶格点的空位或间隙形成的，它没有空间扩展。点缺陷可能发生在每个生产过程中，特别是在离子注入中。然而，它们很难被检测到，并且点缺陷与其他缺陷的转换之间的相互关系也是相当的复杂，这超出了本文综述的范围。其他晶体缺陷除了上述各小节所述的缺陷外，还存在一些其他类型的缺陷。晶界是两种不同的SiC晶体类型在相交时晶格失配引起的明显边界。六边形空洞是一种晶体缺陷，在SiC晶片内有一个六边形空腔，它已被证明是导致高压SiC器件失效的微管缺陷的来源之一。颗粒夹杂物是由生长过程中下落的颗粒引起的，通过适当的清洁、仔细的泵送操作和气流程序的控制，它们的密度可以大大降低。表面缺陷胡萝卜缺陷通常，表面缺陷是由扩展的晶体缺陷和污染形成的。胡萝卜缺陷是一种堆垛层错复合体，其长度表示两端的TSD和SFs在基底平面上的位置。基底断层以Frank部分位错终止，胡萝卜缺陷的大小与棱柱形层错有关。这些特征的组合形成了胡萝卜缺陷的表面形貌，其外观类似于胡萝卜的形状，密度小于每平方厘米1个，如图3f所示。胡萝卜缺陷很容易在抛光划痕、TSD或基材缺陷处形成。多型夹杂物多型夹杂物，通常称为三角形缺陷，是一种3C-SiC多型夹杂物，沿基底平面方向延伸至SiC外延层表面，如图3g所示。它可能是由外延生长过程中SiC外延层表面上的下坠颗粒产生的。颗粒嵌入外延层并干扰生长过程，产生了3C-SiC多型夹杂物，该夹杂物显示出锐角三角形表面特征，颗粒位于三角形区域的顶点。许多研究还将多型夹杂物的起源归因于表面划痕、微管和生长过程的不当参数。划痕划痕是在生产过程中形成的SiC晶片表面的机械损伤，如图3h所示。裸SiC衬底上的划痕可能会干扰外延层的生长，在外延层内产生一排高密度位错，称为划痕，或者划痕可能成为胡萝卜缺陷形成的基础。因此，正确抛光SiC晶圆至关重要，因为当这些划痕出现在器件的有源区时，会对器件性能产生重大影响。其他表面缺陷台阶聚束是SiC外延生长过程中形成的表面缺陷，在SiC外延层表面产生钝角三角形或梯形特征。还有许多其他的表面缺陷，如表面凹坑、凹凸和污点。这些缺陷通常是由未优化的生长工艺和不完全去除抛光损伤造成的，从而对器件性能造成重大不利影响。检测技术量化SiC衬底质量是外延层沉积和器件制造之前必不可少的一步。外延层形成后，应再次进行晶圆检查，以确保缺陷的位置已知，并且其数量在控制之下。检测技术可分为表面检测和亚表面检测，这取决于它们能够有效地提取样品表面上方或下方的结构信息。正如我们在本节中进一步讨论的那样，为了准确识别表面缺陷的类型，通常使用KOH（氢氧化钾）通过在光学显微镜下将其蚀刻成可见尺寸来可视化表面缺陷。然而，这是一种破坏性的方法，不能用于在线大规模生产。对于在线检测，需要高分辨率的无损表面检测技术。常见的表面检测技术包括扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、光学显微镜（OM）和共聚焦微分干涉对比显微镜（CDIC）等。对于亚表面检测，常用的技术包括光致发光（PL）、X射线形貌术（XRT）、镜面投影电子显微镜（MPJ）、光学相干断层扫描（OCT）和拉曼光谱等。在这篇综述中，我们将碳化硅检测技术分为光学方法和非光学方法，并在以下各节中对每种技术进行讨论。非光学缺陷检测技术非光学检测技术，即不涉及任何光学探测的技术，如KOH蚀刻和TEM，已被广泛用于表征SiC晶圆的质量。这些方法在检测SiC晶圆上的缺陷方面相对成熟和精确。然而，这些方法会对样品造成不可逆转的损坏，因此不适合在生产线中使用。虽然存在其他非破坏性的检测方法，如SEM、CL、AFM和MPJ，但这些方法的通量较低，只能用作评估工具。接下来，我们简要介绍上述非光学技术的原理。还讨论了每种技术的优缺点。透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜（TEM）可用于以纳米级分辨率观察样品的亚表面结构。透射电镜利用入射到碳化硅样品上的加速电子束。具有超短波长和高能量的电子穿过样品表面，从亚表面结构弹性散射。SiC中的晶体缺陷，如BPDs、TSDs和SFs，可以通过TEM观察。扫描透射电子显微镜（STEM）是一种透射电子显微镜，可以通过高角度环形暗场成像（HAADF）获得原子级分辨率。通过TEM和HAADF-STEM获得的图像如图4a所示。TEM图像清晰地显示了梯形SF和部分位错，而HAADF-STEM图像则显示了在3C-SiC中观察到的三种SFs。这些SFs由1、2或3个断层原子层组成，用黄色箭头表示。虽然透射电镜是一种有用的缺陷检测工具，但它一次只能提供一个横截面视图，因此如果需要检测整个碳化硅晶圆，则需要花费大量时间。此外，透射电镜的机理要求样品必须非常薄，厚度小于1μm，这使得样品的制备相当复杂和耗时。总体而言，透射电镜用于了解缺陷的基本晶体学，但它不是大规模或在线检测的实用工具。图4不同的缺陷检测方法和获得的缺陷图像。（a）SFs的TEM和HAADF图像；（b）KOH蚀刻后的光学显微照片图像；（c）带和不带SF的PL光谱，而插图显示了波长为480nm的单色micro-PL映射；（d）室温下SF的真彩CLSEM图像；（e）各种缺陷的拉曼光谱；（f）微管相关缺陷204cm−1峰的微拉曼强度图KOH蚀刻KOH蚀刻是另一种非光学技术，用于检测多种缺陷，例如微管、TSDs、TEDs、BDPs和晶界。KOH蚀刻后形成的图案取决于蚀刻持续时间和蚀刻剂温度等实验条件。当将约500°C的熔融KOH添加到SiC样品中时，在约5min内，SiC样品在有缺陷区域和无缺陷区域之间表现出选择性蚀刻。冷却并去除SiC样品中的KOH后，存在许多具有不同形貌的蚀刻坑，这些蚀刻坑与不同类型的缺陷有关。如图4b所示，位错产生的大型六边形蚀刻凹坑对应于微管，中型凹坑对应于TSDs，小型凹坑对应于TEDs。KOH刻蚀的优点是可以一次性检测SiC样品表面下的所有缺陷，制备SiC样品容易，成本低。然而，KOH蚀刻是一个不可逆的过程，会对样品造成永久性损坏。在KOH蚀刻后，需要对样品进行进一步抛光以获得光滑的表面。镜面投影电子显微镜（MPJ）镜面投影电子显微镜（MPJ）是另一种很有前途的表面下检测技术，它允许开发能够检测纳米级缺陷的高通量检测系统。由于MPJ反映了SiC晶圆上表面的等电位图像，因此带电缺陷引起的电位畸变分布在比实际缺陷尺寸更宽的区域上。因此，即使工具的空间分辨率为微米级，也可以检测纳米级缺陷。来自电子枪的电子束穿过聚焦系统，均匀而正常地照射到SiC晶圆上。值得注意的是，碳化硅晶圆受到紫外光的照射，因此激发的电子被碳化硅晶圆中存在的缺陷捕获。此外，SiC晶圆带负电，几乎等于电子束的加速电压，使入射电子束在到达晶圆表面之前减速并反射。这种现象类似于镜子对光的反射，因此反射的电子束被称为“镜面电子”。当入射电子束照射到携带缺陷的SiC晶片时，缺陷的带负电状态会改变等电位表面，导致反射电子束的不均匀性。MPJ是一种无损检测技术，能够对SiC晶圆上的静电势形貌进行高灵敏度成像。Isshiki等人使用MPJ在KOH蚀刻后清楚地识别BPDs、TSDs和TEDs。Hasegawa等人展示了使用MPJ检查的BPDs、划痕、SFs、TSDs和TEDs的图像，并讨论了潜在划痕与台阶聚束之间的关系。原子力显微镜（AFM）原子力显微镜（AFM）通常用于测量SiC晶圆的表面粗糙度，并在原子尺度上显示出分辨率。AFM与其他表面检测方法的主要区别在于，它不会受到光束衍射极限或透镜像差的影响。AFM利用悬臂上的探针尖端与SiC晶圆表面之间的相互作用力来测量悬臂的挠度，然后将其转化为与表面缺陷特征外观成正比的电信号。AFM可以形成表面缺陷的三维图像，但仅限于解析表面的拓扑结构，而且耗时长，因此通量低。扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜（SEM）是另一种广泛用于碳化硅晶圆缺陷分析的非光学技术。SEM具有纳米量级的高空间分辨率。加速器产生的聚焦电子束扫描SiC晶圆表面，与SiC原子相互作用，产生二次电子、背散射电子和X射线等各种类型的信号。输出信号对应的SEM图像显示了表面缺陷的特征外观，有助于理解SiC晶体的结构信息。但是，SEM仅限于表面检测，不提供有关亚表面缺陷的任何信息。阴极发光（CL）阴极发光（CL）光谱利用聚焦电子束来探测固体中的电子跃迁，从而发射特征光。CL设备通常带有SEM，因为电子束源是这两种技术的共同特征。加速电子束撞击碳化硅晶圆并产生激发电子。激发电子的辐射复合发射波长在可见光谱中的光子。通过结合结构信息和功能分析，CL给出了样品的完整描述，并直接将样品的形状、大小、结晶度或成分与其光学特性相关联。Maximenko等人显示了SFs在室温下的全彩CL图像，如图4d所示。不同波长对应的SFs种类明显，CL发现了一种常见的单层Shockley型堆垛层错，其蓝色发射在~422nm，TSD在~540nm处。虽然SEM和CL由于电子束源而具有高分辨率，但高能电子束可能会对样品表面造成损伤。基于光学的缺陷检测技术为了在不损失检测精度的情况下实现高吞吐量的在线批量生产，基于光学的检测方法很有前途，因为它们可以保存样品，并且大多数可以提供快速扫描能力。表面检测方法可以列为OM、OCT和DIC，而拉曼、XRT和PL是表面下检测方法。在本节中，我们将介绍每种检测方法的原理，这些方法如何应用于检测缺陷，以及每种方法的优缺点。光学显微镜（OM）

方寸之间乾坤之变 　　——我国计量事业60年成就综述 　　根据2006年6月中国计量科学研究院试验基地EMC暗室项目与日本TDK公司签订的合同，该院订购的电波暗室用于满足工业设备、汽车、信息技术产品、家电、医疗器械等众多领域的电磁兼容测试项目。图为展会上TDK展区。 　　1949年至2009年，整整一个甲子，新中国迎来了60华诞! 　　如果把60年的新中国史比作一条奔腾不息的长河，那么，各项事业就如同汇成这条长河的一条条支流。其中，有一条支流的名字叫“计量”。回首60年，让我们撷取计量事业发展中那几朵最美丽的浪花，一一仔细品味吧! 　　消失的计量单位 　　“大秤”、“小秤”、“大两”、“小两”、“关外秤”、“关内秤”……对很多当今的年轻人来说，这些名词可能闻所未闻，但它们却是我国近代计量史上曾被广泛使用过的重量计量单位。 　　“旧中国，我国普遍使用的有英制、米制、俄制和中国的市制及旧杂制，计量单位五花八门。”原国家计量局的王宣曾在文章中这样描述当时计量单位制的混乱状态：“自从鸦片战争以来，随着帝国主义入侵，外国的度量衡制度随之传来。海关、银行都以各通商国的度量衡为准 矿山、工厂和公用事业(2281.696,42.24,1.89%)由哪一国经办，就使用那个国家的度量衡制度 企业使用哪国的仪器，就用那个国家的计量单位。”仅就市制中的“斤”来说，各地的量值就很不统一：有的地方是16两为一斤，有的地方是18两为一斤，有的地方则是20两为一斤。计量单位制的混乱严重阻碍了当时国家经济社会发展，给人民生活带来极大不便。 　　没有规矩，不成方圆。新中国成立后，改革计量单位制成为一项异常重要而紧迫的任务。 　　1959年6月，国务院颁发了《关于统一计量制度的命令》，确定以“米制”作为我国的基本计量制度，废除旧杂制，限制英制的使用范围，逐步改革市制。这一命令是国务院颁布的第一个关于计量工作的命令，也是新中国成立后国务院为一项事业颁布的第一个命令。足见国家对计量事业多么重视，把她摆到多么重要的位置! 　　1977年5月，国务院颁发了《中华人民共和国计量管理条例(施行)》，规定逐步采用世界通用的国际单位制，进一步统一计量制度。 　　1984年2月，国务院又颁布了关于计量工作的第二个命令，即《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，正式确定了以国际单位制为基础制定的计量单位为我国的法定计量单位。 　　如果说计量是棵大树，那么计量单位制的统一则是深埋在地下的根。小小几十个计量单位，却对整个计量事业，乃至整个国家的经济发展和人民生活有着重要的影响。“米、千克、平方米、焦耳……”现在，人们早已熟悉了这些法定计量单位，而“大秤”、“小秤”、“大两”、“小两”已成为历史概念，从我们的日常生活中永远地消失了。 　　不平凡的新征程 　　60年，大浪淘沙。很多人和事可能早已被历史遗忘，但有些人和事却被载入史册，成为我们永远的记忆。在计量法制发展的历程中，《计量法》的出台和实施无疑就是其中浓墨重彩的一笔。 　　1985年9月6日，是值得所有计量工作者铭记的日子。就在这一天，经过5年的努力，十几易其稿的《计量法》正式颁布了!新中国的计量事业从此由行政管理走上了法制管理的新征程。 　　回忆起当年《计量法》出台的历史背景，原国家计量局的群力认为，这是顺应改革开放初期的时代需求而制定的一部重要法律。20世纪80年代，国家经济的复苏仰赖于法律的有序调节，我国正处在经济立法的新阶段。国内的大气候为计量立法带来难得的机遇。同时，计量战线要求立法的呼声也很高。因为十年动乱使计量法制建设严重滞后，存在着许多问题。如办工业不办计量，抓质量不抓检测设施配套 原料、燃料进出不检斤两，供应、消耗心中无数 商贸结算，纠纷日增，短秤少量，失信于民 用于医疗卫生、安全防护的计量器具失准、失修，威胁着人民群众的健康和生命、财产安全。“凡此种种，说明无论从社会经济发展的客观要求来看，还是从加强计量事业自身的建设来看，制定《计量法》是完全必要的。” 　　由于客观环境的变化，经历了20多年风风雨雨的《计量法》正在酝酿重大修改与调整。但毫无疑问的是，《计量法》作为我国颁布较早的一部经济法，在保证国家计量单位制的统一和量值的准确可靠、促进经济建设和科学技术的发展、维护社会经济秩序、保护公民和法人及其他组织的合法利益等方面做出了积极的贡献。 　　新中国成立60年来，我国计量法制建设取得了重大进展，已形成了比较健全的计量法律法规体系。以《计量法》为龙头和核心，包括8件行政法规、27件部门规章、33件地方性计量法规规章。根据《计量法》和《行政许可法》的要求，我国及时清理了计量行政审批，由原来的11项调整为9项，进一步规范了行政许可行为。另外，我国还形成了包括国家计量检定系统表、国家计量检定规程、国家计量技术规范在内的计量技术法规体系。这些计量法规涵盖了我国计量工作的各个领域，为计量工作依法行政、依法管理提供了法律依据。 　　了不起的腾飞 　　一根320mm长的铂铱合金营造尺、两个不锈钢千克砝码、几架天平、几个标准电阻和标准电池、若干古代铜衡器和量器。这就是1949年新中国刚刚成立时，我们从旧政府手中接管过来的所有度量衡标准。 　　衡量一个国家计量事业发展水平的标准很多，最具说服力的就是这个国家研究建立计量基准、标准和解决国民经济中重要测量问题的能力。而解放前，我国在建立国家计量基准、标准方面完全是一片空白。 　　“那几架破天平甚至连等级也没有。”年近80岁的中国计量科学研究院离休干部杨早虎回忆说：“从旧政府接管过来的从事度量衡工作的几个老同志都已过花甲之年，甚至不知道‘计量’到底是干什么的，对新时期的计量科学技术更是一窍不通。” 　　和杨早虎同时代参加工作的几位老同志回忆起当年艰苦的创业史，都颇有感触。蒋晓隆回忆：“北京东城区马大人胡同27号，一个大约200平方米的四合院，条件非常简陋。我们搞研究需要恒温室，可当时连制冷机都找不到，好不容易从一个饭店买来一个被淘汰的旧制冷机，建起了恒温室。” 　　百废待兴，百偏待正。新中国的计量科研人员们正是在这种环境下白手起家、艰苦创业的。 　　王承钢，中国计量科学研究院的前身———中央第一机械工业部计量检定所招收的第一批大学毕业生之一，也是新中国最早从事量块计量检定工作的人员之一。上世纪50年代，王承钢和同事们参照前苏联的检定规程，利用从东德进口的光波干涉仪测量检定出了我国第一套一等量块，并以这套一等量块为标准，开展了对全国各地108个机器制造厂中的量块检定工作。从此，量块计量检定工作就成为计量检定所的一项日常工作，年复一年地开展起来。 　　李建双，中国计量科学研究院长度所大长度室现任的年轻副主任。同样是从事长度计量研究，但今非昔比，在新中国成立60年后的今天，李建双和他的同事在长度计量方面开展的工作已经远远超出了量块计量检定的范畴，将研究的视野扩展到量块及线纹计量、精密测量技术、大长度计量、石油螺纹及坐标测量计量、纳米计量等长度计量及精密测量技术研究等多个方面和领域，他们的研究水平已经达到甚至超过国际先进水平。 　　当年风华正茂的大学生已经成了头发花白的古稀老人，当年使用的进口仪器早已被自主研发的更先进、更精准的设备所取代。回忆往事，老人感慨万千，但更多的是骄傲、自豪，更是欣慰。 　　从建国初期集中各部门的计量标准作为临时国家标准，到现在研究出国家计量基准125项、计量标准230项、国家标准物质757种 从主要依靠前苏联和东德的帮助，到自主创新，在国际最前沿、最尖端的量子计量研究方面取得比国外最好水平还要高出10倍的重大突破 从最初单一的计量检定，到69项荣获国家科技进步奖的基础性、前瞻性、综合性研究 从马大人胡同不足200平方米的四合院，到如今拥有具备防辐射、低温、洁净、屏蔽、噪声控制及无磁环境等条件的2.2万平方米高精度实验室 从远远不能适应建设新中国的需要，到为国家重点建设工程以及食品安全、节能减排、环境保护、大众健康等领域提供重要的检测技术服务……正是新中国几代计量科技工作者60年如一日的忘我奉献，造就了中国计量科技的腾飞和今日的辉煌。向所有为之奋斗的计量人，特别是那些在极其艰苦的环境下白手起家、自力更生，并且将自己的一生都奉献给共和国计量事业的老一辈计量科技工作者致敬! 　　明亮的“眼睛” 　　宽敞明亮的工作间，8台电脑的显示屏上正跳动着红红绿绿的数据和表格，前方的墙上，十几台大大小小的屏幕正清楚地显现着十几个重要生产环节的现场景象。8位工作人员时而抬头看看墙上屏幕的现场情况，时而低头查看电脑上的数据变化，并在日志本上做上记录。这就是太原钢铁(集团)有限公司4350立方米炼铁高炉控制中心的工作场景。没有嘈杂的噪声，也没有到处乱飞的煤灰，只要轻轻点一下鼠标，能源产、用的实时状态和各种能源计量数据就会清楚地呈现在面前。这只是太钢能源计量数据自动采集系统的一个组成部分，依靠这套系统，太钢有效地指导调节了生产管理部门的用能情况，节能降耗取得明显成效。 　　现代企业的计量早已不再是传统意义上单一的测量活动，而是结合了计算机技术、自动控制技术和网络技术的综合性测量行为。 　　计量是工业生产的“眼睛”。但几十年以前，企业计量这只“眼睛”却并没有发挥应有的作用。解放前，我国大规模的工业生产还很不发达，生产能力有限，不少企业按照自己内部的计量标准进行生产，产品甚至不能与其他产品衔接 建国初期，参照苏联的计量管理模式，一些企业在原先无计量的情况下成立了长度计量室 60年代，计量工作迅速发展，除长度计量外，还建立起电热力等计量 70年代，由于十年动乱的影响，计量甚至出现一些倒退。“不少企业使用的计量器具严重失准失修，给生产带来极大损失。”原国家计量局的王宣回忆。比如锅炉上用的压力表、井下用的瓦斯计，长期只用不检，因管理不严，事故不断发生 80年代，全国从企业计量开始，进行了一次大规模的整顿，使计量器具合格率普遍得到恢复和提高。 　　从事企业计量工作的人一定对“企业计量定升级”活动还记忆犹新。1984年，原国家计量局为配合企业整顿，在全国范围开展了企业计量定、升级活动。活动规定，企业计量工作没有达到定级、升级要求，没有拿到合格证书，不能申报优质产品。从1984年到1991年，全国有10万多家企业参加了计量定升级，占当时全国企业总数的1/4。“企业计量定升级”活动极大地促进了企业计量工作的进步，使计量与企业生产经营活动紧密地结合起来。 　　改革开放给工业带来了飞速发展，企业也在转换经营机制，原来的传统计量工作已经不能适应现代企业发展的需要。完善计量检测体系、测量管理体系认证，这两个分别在上世纪90年代和本世纪初促进企业计量工作大跨步发展的管理模式，受到越来越多企业的重视。据统计，国家计量主管部门共帮助915家企业完善了计量检测体系，共有1010家企业获得了测量管理体系认证。这些制度的实施，使企业计量工作从单一的量值传递发展到生产工艺控制、能源核算、经营管理、安全及环境监测等各个方面，为企业提高经济效益和社会效益做出了积极贡献。 　　庄严的使命 　　“300.02”、“300.01”、“300.01” ……场馆里安静极了，只听见时而传来的报数声和“呼呼”的重重的喘气声。 　　2008年3月，第29届北京奥运会正在紧张筹备。北京计量科学检测研究院力学室大质量组接到任务，正在对用于拳击运动员称量体重的电子秤进行检测。300千克标准的电子秤需要检测人员用300千克的标准砝码反复进行校准检测，而沉重的砝码搬运工作只能依靠4名检测人员人工操作。有人做过统计，每检测一台秤，工作人员需要上上下下搬运的砝码重量就接近4吨。正是那一双双拎起了4吨重量的计量人的手，在一年多的时间里，共为北京奥运检定了几百台秤。 　　“奥运”，“计量”，这两个看似毫不相关的词，在2008年的新闻报道中却被频频紧密联系在一起：《奥运会场馆几何量参数测量与验收关键技术研究》规范了场馆几何量参数的测量方法，制定影响运动员成绩的场馆长度、高度、坡度、圆弧半径及斜度等几何量参数的测量标准 《奥运食品中违禁药物检测急需标准物质的研制》在短短两个月时间里成功研制出34种标准物质，为我国奥运食品兴奋剂检测提供了一把“标尺” 《奥运场馆辐射安全检测系统关键技术研究》为奥运场馆辐射安全检查测试系统中的行包安全检测仪和放射性危险物品探测器提供量值溯源和现场检测，把住了奥运安全的大门 《奥运场馆光学照明系统计量关键技术研究》为场馆照明测试提供准确的测量数据，使场馆灯具安装既不影响运动员比赛和观众观赛，又不影响电视转播图像的颜色质量……高质量的奥运离不开高水平的科技支撑，在北京奥运会这个大舞台上，计量科技为世人奉献了同样精彩的“表演”。 　　为经济社会发展和重大工程建设服务，是计量义不容辞的责任和使命： 　　嫦娥探月，计量为其专用器件提供计量测试 “神七”发射，计量为助推火箭的燃料罐容积进行现场测试，确保火箭飞行时间和安全 北斗定位，计量提供铯原子喷泉钟，为其提供准确的时间频率保障 西气东输，计量为其解决天然气能量计量的关键技术难题 三峡工程，计量为其解决水大流量准确测量问题 “5.12汶川地震”，计量临危受命，在较短的时间内完成“食品安全应急分析技术资源库”，编入国家《抗震救灾应急分析测试技术手册》 三鹿婴幼儿奶粉事件发生后，计量人迅速行动，在短短20天时间内，成功研制出“用液相色谱法测量液态奶三聚氰胺的快速检测方法”…… 　　然而，在那一穷二白、百业待兴的年代，举办奥运会、“嫦娥”探月、“神七”升天，这些都是国人想都没想过的梦想，为其提供技术保障和技术支持，更是计量人从未有过的奢望。想当年，连一颗小小的螺丝钉的尺寸都无法达到计量标准的统一，哪里还谈得上计量为国家重大工程服务?正是近60年，特别是改革开放30多年以来，祖国的繁荣昌盛，人民生活的幸福安康，给包括计量事业在内的各项事业带来了前所未有的发展机遇，让我们有信心、有实力将这些梦想一一变成现实。 　　为国家经济社会发展和重大工程建设保驾护航，计量不辱使命，功不可没! 　　计量事业60年的发展，60年的进步，还有一些成绩值得我们关注： 　　在国际交流与合作方面，我国目前已经参加了7个国际和区域计量组织，与20多个国家的政府或民间计量机构签署了29个双边和多边协议，参与计量基准、标准国际比对200多项。中国已经成为国际计量大家庭中日益活跃并且日益重要的一员。 　　在民生计量方面，近年来，国家质检总局连续组织开展了集贸市场、加油站等10个计量专项整治工作，有效打击了利用计量器具作弊的违法行为，保护了广大消费者的合法权益。《商业服务业诚信计量行为规范》引导行业自律，营造了行业诚信经营、公平竞争的和谐市场计量环境。 　　在计量器具监管方面，通过制定计量器具新产品和许可证管理办法、统一型式评价大纲，从源头把好产品质量关 通过加强计量器具产品质量监督抽查，促进企业提高计量器具产品质量 通过严格实施进口计量器具型式批准，有效控制进口计量器具质量…… 　　方寸之间，浓缩沧桑巨变。计量的河流，将一如既往地汇入共和国发展的大潮，奔向祖国更加美好的明天!

能量存储和转换过程的表界面动力学研究一直是能源领域研究的热点和难点，其中固-液界面的反应动力学探测极具挑战性。同步辐射具有亮度高、准直性好、频谱连续等诸多优异的特性，能够有效探测材料表界面的局域原子和电子结构，非常适合原位追踪反应过程中固-液界面结构变化的动态过程，实时在线探测固-液界面活性中心结构和反应中间体在能量转换过程中的变化及其演变规律。近日，我校国家同步辐射实验室/核科学技术学院刘庆华研究组应邀在《Accounts of Chemical Research》（化学研究评述）发表了题为 “Tracking the oxygen dynamics of solid–liquid electrochemical interfaces by correlativein situsynchrotron spectroscopies”的综述论文。该综述基于团队前期的研究工作，以氧关联电化学固-液界面反应动力学研究为例，从同步辐射谱学原位探测的基本原理出发并结合多个应用实例，深入浅出、系统全面地介绍了如何通过联合原位同步辐射红外谱学和X射线吸收谱学有效地获取氧关联能量转换过程中固-液界面的动态“电影”(图1)，同时也指出了该研究领域存在的挑战和未来的发展方向。图1.联合原位同步辐射谱学研究固-液界面动力学过程示意图近年来，刘庆华研究组一直致力于原位同步辐射技术的发展和应用研究，通过发展原子级精度的原位同步辐射红外谱学和X射线吸收谱学实验技术，在氧关联/碳关联/氮关联能量转换过程的固-液界面反应动力学原位研究方面取得了系列的重要阶段性成果(Nat. Energy2019,4, 115-122；J. Am. Chem. Soc.2020,142, 12306-12313；Nat. Chem.2020,12, 717-724 Nat. Energy2021,6, 904-912 Nat. Commun.2021,12, 6118)。《化学研究评述》是国际上最具权威性的三大化学化工综述性期刊之一，它具有鲜明的“自我综述”的特色，主要是描述通讯作者团队自己的系统性研究工作，本次受邀在《化学研究评述》撰写综述论文，体现了我校科研团队在原位同步辐射谱学技术的发展和应用领域的研究已形成系统性和国际影响力。国家同步辐射实验室/核科学技术学院刘庆华是论文的通讯作者，第一作者为程位任和苏徽。该研究获得了国家自然科学基金委的资助，也得到了合肥国家同步辐射实验室、上海和北京同步辐射装置的大力支持。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.2c00239（国家同步辐射实验室/核科学技术学院、科研部）

近日，我所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员团队发表了有关可降解聚合物基超级电容器的综述文章，系统总结了生物可降解聚合物在超级电容器中的应用现状，并对该领域存在的挑战和机遇进行了展望。 　　超级电容器在未来可穿戴和可植入电子设备领域具有应用潜力，但用于超级电容器的传统材料往往不可降解，随着其推广应用，将产生大量的电子垃圾，无法满足当今社会日益增长的环保要求。生物可降解聚合物包括天然生物可降解聚合物和合成生物可降解聚合物，它们在自然条件下可以被分解为无害的小分子，而且优异的生物相容性使其避免了对环境的污染和生物的危害，这些独特的性质若能应用于超级电容器，将对其环境无害化处理产生重要影响。该文章系统地综述了现有生物可降解聚合物的分类、典型结构、性能和制备工艺，并从制备策略和改性方法方面概括了生物可降解聚合物基超级电容器的最新研究进展。在此基础上，文章指出了目前可降解超级电容器发展中亟需解决的问题。该综述对生物可降解聚合物在超级电容器甚至是储能领域的进一步应用有一定的指导作用。 　　该综述以“Recent Advancements and Perspectives of Biodegradable Polymers for Supercapacitors”为题，发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上，该工作的第一作者是我所508组博士后吴鲁和师晓宇。上述工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、我所创新基金等项目的资助。

太赫兹（THz）辐射频率处于电子学和光学频率之间，因此具备多种光电子特性。THz成像作为THz辐射最重要的应用方面，在国防、通信、生物、医学和材料有着巨大应用潜力。THz 时域光谱系统（THz-TDS）被广泛用于角膜含水量测量、角膜瘢痕成像、蛋白浓度检测和细胞标志物检测等。然而受限于衍射极限存在，THz成像分辨率一般被限制在毫米量级。近场光学成像技术使用空间尺度极小探针直接探测样品表面亚波长尺度细节，可有效突破衍射极限，是实现THz超分辨成像的重要路径。目前，根据探针工作方式的区别，THz近场成像技术可分为孔径探针THz近场成像和散射探针THz近场成像。孔径探针THz近场成像方案需要平衡空间分辨率、截至频率和近场耦合效率之间关系，其成像分辨率仍无法突破至nm量级。散射探针THz近场成像分辨率与探针几何结构和探针-样品表面距离有关，截至目前其成像分辨率可以突破至0.3 nm。本文综述了THz超分辨成像的基本原理及最新进展，围绕孔径探针和散射探针两种主流的THz近场成像技术，详述其在成像原理、成像质量与成像分辨率等方面的突破，并对THz超分辨成像做出总结与展望。图1 THz近场成像及其应用场景孔径探针孔径探针THz近场成像主要利用亚波长结构形成THz辐射源或THz探测器在近场范围内扫描样品表面提升成像空间分辨率。依据孔径类型分类，孔径探针THz近场成像共有四种技术路线，分别是物理孔径、动态孔径、人工表面等离子激元和近场天线。物理孔径探针通常为锥形波导，可以将THz辐射局域成亚波长THz辐射源并扫描样品，提升空间分辨率。其优势在于：结构简单制备容易，可根据THz源设计波导几何结构提升THz耦合效率。图2 锥形物理孔径THz近场成像示意图动态孔径THz成像系统主要有两种实现方式。一种是基于光泵浦方案，该方案激发半导体材料形成特定分布的载流子，进而调制THz空间分布。另一种是基于飞秒激光成丝方案，该方案应用光丝对THz辐射强束缚作用，或是应用交叉光丝，形成动态微孔调制THz空间分布。动态孔径技术优势在于，一方面可以和压缩感知技术结合在保证空间分辨率情况下极大提升成像速度，另一方面基于飞秒激光光丝可以进一步提升成像分辨率至20 μm。图3 交叉光丝形成动态孔径实现THz近场成像人工表面等离子激元器件表面具有周期结构，通过改变材料表面等效介电常数实现THz波近场聚焦。常规调制方案包括金属锥形结构聚焦探针、金属周期结构THz超透镜和石墨烯THz超透镜等；其适用波长范围广、聚焦效率高具有一定的应用前景，尽管目前还处于实验室阶段，但是随着THz器件加工技术逐渐发展，相信在不久的将来其实用性会得到提升。图4 人工表面等离子激元器件实现THz近场成像近场THz天线这是一种微型近场THz探测器，优势为在提升空间分辨率同时能够保证时间分辨率，另一方面THz近场天线可以被集成至片上，拓宽了其使用场景。 图5 近场天线实现THz近场成像散射探针散射探针THz近场成像系统，是通过测量探针与样品表面在外场作用下的近场耦合效应反映样品表面信息。其适用于宽谱THz光源，成像空间分辨率与探针几何结构和探针-样品表面间距有关最高可以达到0.3 nm量级。由于背景散射信号强度远大于近场散射信号强度，散射探针THz近场成像系统主要技术难点在于信号收集与提取。目前，较为成熟的近场散射信号提取技术包括：自零差方案、正交零差方案、伪外差方案和合成光学全息方案等。在保障扫描时间的前提下，伪外差方案成像对比度高且具备相位分辨能力，因此被广泛采用。散射探针THz近场成像系统通常使用扫描隧道显微镜或者原子力显微镜作为提供近场条件的媒介，可将探针针尖与样品表面间距精确控制在20 nm范围内。基于扫描隧道显微镜的散射THz近场成像系统优势：1）其空间分辨率最高可以提升至0.3 nm；2）基于扫描隧道显微镜增强隧穿电流原理，可以增强近场散射信号。缺点：扫描隧道显微镜是通过测量针尖与样品表面隧穿电流实时反馈控制针尖与样品表面间距，故此种方案不适用于不导电样品。图6 基于扫描隧道显微镜搭建的近场成像系统及其一维扫描结果图基于原子力显微镜的散射THz近场成像系统原子力显微镜，因其和扫描隧道显微镜类似，具有卓越的空间分辨能力，是搭建散射探针THz近场成像系统的主力设备，同时能够通过检测针尖与样品之间相互作用反馈控制针尖和样品间距，故该系统可以适用于多种样品。图7 基于原子力显微镜搭建的近场成像系统及其扫描结果图散射探针THz近场成像不仅可以将THz成像分辨率提升至nm量级，还可以被应用于检测样品表面载流子运动。与光学波段和红外波段成像技术相比，有掺杂的半导体或者半金属材料对THz波段更加敏感，因此散射探针THz近场成像技术还被应用在nm量级表征载流子数目和分布情况。 总结与展望随着强THz产生技术和高灵敏THz探测技术的不断发展，超分辨THz成像技术得到了长足发展。孔径探针和散射探针THz成像方案各有侧重，在不同领域得到广泛应用。根据以上总结，从应用角度出发对近场THz成像技术作出展望：(1)成像速度。目前大多数超分辨THz成像方案都是采用逐点扫描模式，尽管成像分辨率得到很大提升，但是成像速度较慢。(2)装置集成化与轻量化。高效的桌面式近场THz成像系统能够助力此项技术得以推广。(3)样品多样性。目前，nm量级THz近场成像技术主要被应用于材料学研究，未来可以充分发挥THz辐射优势，将检测样品扩展至生物大分子甚至活体。(4)大范围成像。未来可以在平衡成像质量与成像速度前提下，实现nm量级大范围样品成像。综上所述，本文概括了超分辨近场成像技术的多个技术指标，分别是空间分辨率、时间分辨率、相位分辨能力、成像速度、成像对比度和装置复杂性。在保证空间分辨率的前提下，提升其他技术指标仍然任重而道远。

摘要:抗生素是目前世界上应用最广泛的药物之一。大量抗生素的使用，不可避免地给自然环境造成巨大的压力。由于污水截流不彻底等原因，工业、养殖及医疗活动等进入环境中的抗生素通过各种途径进入饮用水体，对水质安全及人类健康构成威胁。针对抗生素对水环境造成的污染，讨论目前国内外水环境中抗生素检测技术和去除手段的研究情况，主要对水中抗生素的富集方法、仪器检测及臭氧氧化去除技术进行分析，最后对抗生素污染的研究方向进行了展望。 相关文献：水体中抗生素的检测及去除方法研究综述.pdf

01前言近日，《催化学报》在线发表了厦门大学李剑锋教授团队在能源电化学原位表征领域的最新综述文章。该论文综述了原位拉曼光谱及X射线吸收光谱在能源转换电化学反应中的应用与进展。论文第 一作者为：陈亨权，论文共同通讯作者为：李剑锋教授和郑灵灵助理教授。02背景介绍电解水、氧气/二氧化碳的还原等重要能源电化学过程对于提高能源转换效率、减少环境污染、实现社会可持续发展具有重要意义。因此，近年来，开发针对这些过程的高效、稳定电催化剂引起了研究者的广泛关注。催化剂的设计与开发极其依赖于对反应机理、活性位点以及构效关系的深层次认识与理解。尽管传统的非原位表征技术以及理论计算在一定程度上加深了对这些反应的理解，但是其难以提供反应条件下的实时变化信息，这就促使了原位表征技术的发展。通过原位表征技术可以追踪催化剂表面的反应过程，捕获反应中间体，揭示反应活性位点的结构变化。目前常见的包括原位红外光谱、原位拉曼光谱以及基于同步辐射光源的原位X射线吸收光谱等。本文主要总结了原位拉曼光谱以及X射线吸收光谱在一些重要能源电化学反应中的应用，进一步讨论了其存在的不足，并对未来可能的发展进行了展望。03本文亮点1. 基于目前的研究现状，系统地总结了原位拉曼光谱与X射线吸收光谱的发展以及在原位表征能源电化学过程中的优势；2. 按照电催化反应进行分类，梳理了各类反应目前存在的难点，以及原位表征技术在解决这些难点上作出的贡献；3. 讨论了目前原位拉曼光谱与X射线吸收光谱技术存在的挑战，并对其未来发展进行了展望。04图文解析▲图文摘要拉曼光谱，尤其是表面增强拉曼光谱 (SERS)，已被证明是一种强有力的表征技术，可以提供电催化反应中表面氧物种、羟基及金属氧键等重要关键中间物种的丰富信息。同时，基于同步加速器的X射线吸收光谱(XAS)是探测催化剂电子结构、价态和配位环境的有力工具，从而可提供催化剂的精细结构信息。基于此，本文主要综述了这两项技术在原位研究各类能源电化学反应中的应用。ORR中的应用：图1. ORR反应原位电化学拉曼光谱图 (a) Pt (111), (b) Pt (100), (c) Pt (110), (d) Pt (311), (e) Pt (211), 氧气饱和的0.1 M HClO4溶液。(f) 0.8 V (vs. RHE)时，不同单晶表面ORR的电化学拉曼光谱图比较。(文中出现的Figure 2)05全文小结1. 本文综述了原位拉曼光谱与X射线吸收光谱的发展，以及它们在原位研究能源电化学反应过程中的优势；2. 本文针对一系列重要的电催化反应，详细阐述了目前存在的研究难点，同时通过代表性的研究案例，揭示了原位拉曼光谱以及X射线吸收光谱在各电催化反应中的具体应用以及其解决的难题；3. 针对目前原位拉曼光谱和X射线吸收光谱存在的缺点与不足，进行了详细的讨论，并对其未来的发展方向以及关键性技术进行了展望。赛纳斯SHINS推出的全新科研型电化学拉曼系统“EC Raman光谱仪系统”。由恒电位仪、便携式拉曼光谱仪、显微成像系统组成。它具备超高的谱图分辨率，与大型台式拉曼系统相当。并且它的尺寸更小，方便携带。可在任何地方提供科研级的性能。强大的功能和独特的设计，为你的研究提供更多的可能性。智能的自研软件助您轻松应对各种测试，是您实验数据的强有力保障。全新EC-RAMAN电化学拉曼系统