蒙特卡洛模拟法

作者：甘露雨 1,2 陈汝颂 1,2潘弘毅 1,2吴思远 1,2禹习谦 1,2 李泓 1,2第一作者：甘露雨（1996—），男，博士研究生，研究方向为锂离子电池安全性，E-mail：ganluyu@qq.com；通讯作者：禹习谦，研究员，研究方向为高比能锂电池关键材料、电池先进表征与失效分析，E-mail：xyu@iphy.ac.cn。单位： 1. 中国科学院物理研究所，北京 100190；2. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院， 北京 100049DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0047摘 要 作为新一代电化学储能体系，锂离子电池在消费电子产品、交通动力系统、电网储能等领域具有重要的应用价值。然而，在锂离子电池的商业化进程中，安全性事故时有发生，影响了锂离子电池的大规模应用。本文从电池安全性的三个研究尺度：材料、电芯、系统，综述了与之对应的重要研究方法，其中每个尺度均包括基于物理样品的实验方法和基于计算机数学模型的模拟方法。本文介绍了这些方法的基本原理，通过典型案例展示了这些方法在安全性研究中的适用场景和作用，并探讨了实验和模拟方法之间的联系，着重介绍了材料热分析、材料加热过程中结构分析、电芯加速度量热分析、电芯安全性数值模拟等方法。基于对多尺度研究策略的系统综述，认为安全性研究需要在各个尺度联合同步开展。最后，展望了下一代锂电池，如固态电池、锂金属电池等，可能面临的电池安全性问题。这些新体系的安全性研究仍处于早期，其材料和验证型电芯的安全性研究是当前阶段值得关注的重要课题。关键词 锂离子电池；安全性；实验方法；数值模拟；固态电池；锂金属电池锂离子电池的研究始于1972年Armand等提出的摇椅式电池概念，商业化始于1991年SONY公司推出的钴酸锂电池，经历超过三十年的迭代升级，已经成熟应用于消费电子产品、电动工具等小容量电池市场，并在电动汽车、储能、通信、国防、航空航天等需要大容量储能设备的领域中展现出了巨大的应用价值。然而，自锂离子电池诞生开始，安全性便一直是限制其使用场景的重要问题。早在1987年，加拿大公司Moli Energy基于金属锂负极和MoS2正极推出了第一款商业化的金属锂电池，该款电池在1989年春末发生了多起爆炸事件，直接导致了公司破产，也促使行业转向发展更稳定地使用插层化合物作为负极的锂离子电池。如图1所示，锂离子电池进入消费电子领域后，多次出现了因电池火灾隐患而开展的大规模召回计划，2016年韩国三星公司的Note7手机在全球发生多起火灾和爆炸事故，除了引起全球性的召回计划外，“锂电池安全性”再次成为广受关注的社会话题。在电动交通领域，动力电池的安全性事故伴随着新能源汽车销售量的提升逐渐增加，据统计，中国在2021年有报道的电动车火灾、燃烧事故超过200起，电动汽车安全性成为消费者和电动车企最关心的问题之一。在储能领域，韩国在2017—2021年期间发生了超过30起储能电站事故，2021年4月16日北京大红门储能电站爆炸事故除导致整个电站烧毁外还造成2名消防员牺牲、1名员工失踪。随着锂离子电池的应用场景日益扩大，其安全性在工业界和学术界均引发了广泛的讨论和研究。图1 锂离子电池近年引起的安全事故在锂电池发展的早期阶段，产业界和学术界更关注锂电池发生安全性事故的本质原因，基于长期的认识积累，锂电池发生安全事故的本质可以总结为：电池在过充、过热、撞击、短路等异常使用条件下温度异常升高，引发内部一系列化学反应，引起电池胀气、冒烟、安全阀打开，同时这些反应会大量释放热量使整个电池温度进一步升高，最终各个化学反应剧烈发生，电池温度不可控地迅速上升，引起燃烧或爆炸，导致严重的安全事故，这一过程也被称为电池的“热失控”。电池从异常升温到热失控过程中存在多个重要的化学反应，它们与温度的对应关系如图2所示。图2 锂离子电池热失控的诱发机制随着锂离子电池的广泛应用，关于锂离子电池安全性的研究逐渐深入，从早期简单的描述现象和定性预测，发展为在多个尺度、采用多种手段研究安全性机理，基于精准测量和数值化模型准确预测电池安全性表现，最终提出应用化解决方案的综合性研究策略。如图3所示，目前对于电池安全性的研究一般从理解锂离子电池电芯的热行为出发，包括利用各类滥用条件测试确定电池的安全使用极限和失效表现，利用绝热量热等手段具体分析电池的热失控行为和特征温度，以及利用热失控数值模拟方法模拟电池的热失控表现；在认识电芯热行为的基础上，需要深入材料本质，利用热分析、物质结构和化学成分分析、理论计算等方法理解电芯发生热失控在材料层面的反应机制，从而为设计制造高安全性的电池提供基础理论的指导；此外，电芯作为电池系统的基础，其热失控行为的精准测量和准确模拟也为在系统层面设计更高安全性的电池系统和管理预警方案提供了理论指导。本文从材料热稳定性、电芯热安全性和大型电池系统热安全性三个尺度介绍安全性研究策略，着重介绍几种实验和模拟方法。基于商用体系锂离子电池的研究策略和成果，进一步探讨了这些方法对于产学研各界研发下一代锂电池所具有的重要意义。图3 锂离子电池安全性研究策略1 材料热稳定性研究锂离子电池发生热失控的根本原因是电池中的材料在特定条件下不稳定，从而发生不可控的放热反应。目前商业化使用的电池材料中，与安全性关系最密切的主要是充电态(脱锂态)过渡金属氧化物正极、充电态(嵌锂态)石墨负极、碳酸酯类电解液和隔膜，其中前三者在高温下均不稳定且会发生相互作用，在短时间内释放大量的热量，而现行常用的聚合物隔膜则会在140～150 ℃熔融皱缩，导致电池中的正负极直接接触，以内短路的形式快速放热。研究人员自20世纪末开始进行了大量材料热稳定性的研究工作，发展了以热分析认识材料热行为，结合形貌、结构、元素成分和价态表征综合研究内在机理的研究方法。近年来计算材料学的发展也为从原子尺度模拟预测材料的稳定性提供了新的方法和手段。1.1 热分析方法热分析是最直接和直观认识材料热行为的方法，指在一定程序控温(和一定气氛)下，测量物质的某种物理性质与温度或时间关系的一类技术。对于电池材料来说，一般关注其质量、成分、吸放热行为随温度的变化关系。质量与温度的关系可通过热重分析获得，吸放热与温度的关系可通过差示扫描量热法获得，TG和DSC可以设计在同一台仪器中同步测试，该种方法又被称为同步热分析。TG、DSC、STA等仪器通常采用线性升温程序，通过热天平、热流传感器等记录样品的质量、吸放热变化，由于发展时间较早，测试技术和设备工程化水平较为成熟，已成为认识材料稳定性最重要的测试手段之一。基于热分析结果可以确定材料发生相变、分解或化学反应的起始温度、反应量和放热量，但在锂离子电池中，往往更关心充电态材料在电解液环境下的稳定性和反应热。良好的热稳定性是电池材料进入应用的必要条件，而产热量和产热速度则影响电池热失控的剧烈程度。用于常规热分析样品的坩埚一般为敞口氧化铝材质或开孔的铝金属材质，为了研究材料在易挥发电解液中的热表现，需要使用自制或设备厂商专门提供的密封容器。Maleki等通过STA系统研究了钴酸锂/石墨圆柱电池中各种材料的热分解行为，由于电解液采用高沸点的EC溶剂，所以仅在敞口容器中便可以测试，研究发现全电池截止电压4.15 V时，脱锂态钴酸锂在178 ℃发生分解，产生的氧气和电解液反应释放大量热量，释放的能量达到407 J/g，嵌锂态负极的SEI会优先分解，温度在125 ℃之前，之后会出现持续的放热反应，释放能量为697 J/g，而当负极发生析锂后释放能量会上升到827 J/g，这一结论有力支持了近年来析锂电池安全性下降的报道。Yamada等利用DSC确认了充电态磷酸铁锂(LiFePO4)的稳定性很好，与电解液的反应温度大于250 ℃，放热量仅为147 J/g，显著低于层状氧化物材料。Noh等利用密封容器系统研究了不同Ni含量的三元正极材料Li(NixCoyMnz)O2，比较热分析结果发现脱锂态三元材料的热稳定性与Ni含量呈现负相关性，且在x0.6之后加速下降。材料经过改性后，其稳定性需要通过热分析进行确认，研究人员基于DSC发现核壳浓度、包覆等方法均能不同程度地提高正极材料的热稳定性。需要注意的是，热分析的数据质量与实验条件、样品制备方法密切相关，目前并没有严格一致的测试规范，文献中不同单位之间的测试结果横向对比性很差，很多电池材料的热稳定性尚缺乏准确定量的结论。除了DSC、TG外，还有一类特殊的热分析方法是利用加速度量热仪研究反应的起始温度。与常规热分析采用线性升温不同，ARC使用的升温程序是加热-等待-检索模式，即步进式地在每个温度点保持恒温，如果检索程序发现样品的升温速率超过0.02 K/min，则通过同步样品的升温速率保持样品处于绝热状态，从而跟踪样品的自加热升温过程，否则开始加热至下一个温度点进行恒温、检索。不难发现，ARC获取的是样品近似热力学上的失稳温度，由于检测精度高，获得的失稳温度往往比DSC、TG等方法获得的低很多。Dahn课题组基于ARC测试了大量材料-电解液体系的反应起始温度，基本均低于DSC数据中的放热主峰。事实上，Wang等在低升温速率的DSC测试中也发现充电态材料与电解液的放热起始点远早于剧烈的放热峰。这些信息表明材料失稳到完全失控的过程并不是突变式的，整个体系动态演变的过程仍然缺乏深入的研究认识。图4 (a) DSC基本原理；(b) 脱锂态正极-电解液的DSC测试结果1.2 物相分析技术电池材料在升温过程中发生相变和化学反应，其形貌、结构、成分和元素价态都有可能发生变化，这些变化需要基于对应的方法进行表征分析，如利用扫描电子显微镜观察材料热分解前后的形貌变化，利用X射线衍射和光谱学研究材料结构和元素价态演变。由于材料热分解和热反应存在显著的动力学效应，在加热过程中原位测试可以最大程度地还原物相变化的真实过程。目前较为成熟的原位表征技术主要有两类：一类是与热分析仪器串联使用的质谱、红外光谱等，可以实时监测物质分解产生的气体类型，判断材料加热过程中化学组成的变化；另一类是原位X射线衍射技术，通过特制的样品台，可以在升温过程中实时、原位测定材料的结构变化，目前全球多数同步辐射光源和一些实验室级的X射线衍射仪上都可以实现原位变温XRD测试。Nam等利用变温XRD发现脱锂态LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构在350 ℃向尖晶石转变，而加入电解液后该转变温度会下降至304 ℃。Yoon等在LiNi0.8Co0.2O2中发现了类似的规律，并发现MgO包覆可以改善脱锂态正极在电解液中的相变。图5展示了变温XRD和MS的联用技术，系统研究了不同Ni含量的脱锂态NCM三元正极在升温过程中的结构和成分变化，研究发现三元正极失稳释放氧气的过程与结构在高温下转化为尖晶石相的行为直接对应，且这一过程的起始温度随镍含量的上升显著下降，NCM523的起始相变温度约为240 ℃，NCM811则小于150 ℃，从体相结构的本征变化解释了高镍正极在电池应用中热安全性差的原因。以上工作都是基于同步辐射光源实现的，由于同步辐射提供的光源质量高、扫谱速度快，更适用于研究与时间相关的动力学问题。除此之外，近年来基于X射线谱学以及拉曼光谱实现同步表征的方法均有所发展。结合通过热分析手段观察得到的材料热行为信息，并对升温过程中材料物相变化的研究，可以更深刻地理解材料演变以及电池体系热失稳的动力学过程，为材料的安全性改良提供理论指导。图5 基于原位XRD和质谱对镍钴锰酸锂结构稳定性的研究1.3 计算材料学基于材料原子结构计算预测材料的全部性质是计算材料学家的终极追求。材料的热力学稳定性可以基于密度泛函理论计算。DFT中判断材料稳定性的依据是反应前后的能量差ΔE是否小于0，如果ΔE小于0，反应能发生，则反应物不稳定，反之同理。Ceder等在1998年就计算了LiCoO2脱锂过程结构相变的过程，计算结果与实验结果吻合良好。然而目前大多数热力学计算不考虑温度效应，且热力学只能作为反应进行方向的判据，无法预测反应速率等动力学问题，考虑温度和动力学计算则需要使用成本较高的分子动力学、蒙特卡洛或者过渡态搜索方法。相对于材料本身的稳定性，计算材料学对于计算预测两种材料间的界面稳定性存在一定优势。Ceder等计算了不同正极和固态电解质之间的稳定性，为选取界面包覆的材料提供理论指导。Cheng等利用AIMD模拟Li6PS5Cl|Li界面，发现界面副反应会持续发生，材料界面之间的副反应是自发发生的，与通常认为的界面钝化效应有所差异。此外，正极材料中的相变析氧、过渡金属迁移等问题的计算模拟也都处于初期开发阶段，仍需持续探索。总的来说，目前阶段材料层级的理论模拟技术与实验技术的差距仍然较远，需要研究人员的持续努力。2 电芯热安全性研究电芯指电池单体，是将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置，通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子。电芯的热安全性特征是电池工业界最关注的内容之一，它是电池材料热稳定性的集中表现，也是制定规模化电池系统安全预警和防护策略的基础。由于电芯内部具有一定的结构，其安全性会呈现一些在纯材料研究中不被讨论的特点，使得电芯安全性具有更广泛的外延和认识角度。工业上一般通过滥用实验来研究和验证电芯产品的安全性，近年来基于扩展体积加速度量热仪(又称EV-ARC)的安全性测试方法有较快发展，此外电芯安全性模拟方法也从早期的定性分析发展到可以准确仿真预测热失控进展的水平。2.1 滥用测试国际电工委员会(IEC)、保险商实验室(UL)和日本蓄电池协会(JSBA)最初定义了消费电子产品电芯的滥用测试，模拟电芯工作可能遇到的极端条件，通常分为热滥用、电滥用和机械滥用。常见的热滥用为热箱实验，电滥用包括过充电和外部短路实验，机械滥用包括针刺、挤压、冲击和振动等。企业和行业标准一般将电池对滥用测试的响应描述为无变化、泄漏、燃烧、爆炸等，也可基于附加的传感器和检测系统记录温度、气体、电压对滥用的响应。电芯通过滥用测试的标准是不燃烧、不爆炸。锂电池应用早期研究人员大量研究了电池对各类滥用测试的响应与使用条件、材料体系、充电电量等的影响，提出了各类滥用机制引发电池热失控的机理。滥用测试中最难通过的项目是针刺测试，近年来关于针刺测试的存废引起了较大争议，但提高电芯的针刺通过率仍是锂电池安全性研究的重要课题之一。由于滥用测试针对的是商用成品电芯和贴近真实的使用条件，目前更多作为电池行业的安全测试标准而非研究手段。2.2 EV-ARC测试早期的ARC只适用于研究少量材料样品的热失控行为，Feng等发展了利用EV-ARC研究大体积电芯绝热热失控行为的方法，研究的方法原理和结论如图6所示，由于EV-ARC的加热腔更大，所以需要更精准的控温技术和更严格的校准方案。基于EV-ARC测试可以定量标定出电芯热失控的特征温度T1、T2和T3，分别对应电芯自放热起始温度、电芯热失控起始温度和电芯最高温度，为评价电芯安全性提供了更精确定量的评价指标，标准化的测试条件可以帮助建立统一可靠的电芯热失控行为数据库，分析了不同体系电芯的热失控机理。Feng等利用EV-ARC首次提出正负极之间的化学串扰会引起电芯在不发生大规模内短路的情况下热失控，说明脱锂正极释氧是现阶段影响电芯安全性的关键因素。Li等研究快充后的电芯发现快充析锂导致T1大幅下降，说明析锂同样是电芯安全监测中需要重点关注的问题。以上这些问题都是在常规的滥用测试中难以定量验证的。图6 基于EV-ARC对电芯热失控的研究相比于普通的加热滥用实验，EV-ARC实验环境的温度由程序精确控制，获得的测试结果重复性更好、数据可解读性更高，近年来已成为评价和研究电芯安全性的重要手段。然而EV-ARC模拟的绝热热失控环境与真实的电池滥用工况仍有所差异，评价电芯的实际安全性仍需大量模拟真实严苛工况的测试手段。2.3 高速成像技术为了更直观地理解热失控过程中电池内部物质、结构的演化，研究人员发展了结合红外测温以及原位针刺等辅助功能的透射X射线显微方法如图7(a)～(c)所示。由于热失控往往是在极短的时间内发生剧烈的反应，同时伴随剧烈的物相、结构变化。这一特点给TXM表征方法提出了相当高的时间分辨率的要求。实验室X光源能够发射出的X射线光电子数量有限，采集一组TXM影像数据需要较长的时间。为了观察剧烈变化的热失控过程，Finegan等在欧洲同步辐射实验室(ESRF)使用同步辐射光源将TXM的曝光时间降低至44 μs，配合针内预埋的热电偶温度传感器，实现了对针刺发生时电池内部形貌与刺入点温度的同步监控。该团队利用这种手段研究了刺针纵向与径向刺入18650商业圆柱电池时电池内部热失控行为的差异。Yokoshima等采用实验室光源进行连续实时的透射X射线照相技术，也得到了软包电池在针刺过程中结构随时间变化的一组透射投影图。该方法以4 ms的时间分辨率较为清晰地观察到了针刺入软包电池后电池内部每一层材料的形变过程，以及针刺深度与热失控程度的对应关系。图7 基于X射线成像技术对电芯热失控的研究由于透射投影图只能反映某一方向上二维的信息，如果要对真实三维空间中物质的分布做精确地定量，需要借助计算机成像技术。如图7(d)所示，Finegan等利用同步辐射光源X射线高亮度的特征，在欧洲同步辐射装置(ESRF)的线站上搭建了一套集合原位红外加热、红外测温与高速CT的装置。使用红外加热，实现在线的18650电池升温，同时进行连续的X射线CT成像。连续扫描的TXM投影图能够反映极高时间分辨率的热失控电池内部情形。基于每500张TXM重构得到1个X射线CT结果能够达到2.5帧每秒，实现了一定时间分辨率的电池内部空间分布成像。通过CT结果能够清晰地看到热失控过程中各个阶段的电池材料变化，如电极活性物质层破损、铜集流体融化再团聚等。结合TXM技术获得的投影图和高速X射线CT结果，可以清晰认识热失控过程中电池内部不同位置各个材料的反应、产气、结构破坏等失效行为。另一方面，配合诸如针刺、红外加热、挤压、拉伸等原位实验，可以帮助研究与理解电池的各类宏观失效行为。2.4 电芯热失控数值模拟电芯安全测试的维度广、涉及的测试项目多，通过实验评价电芯安全性需要大量样品和时间成本。同时，产品级电芯的研发周期长、成本高，安全性评估往往处于电芯研发周期的后端。通过数值模拟方法预测电芯安全性测试表现可以大幅度降低实验成本，且在产品研发的前期便对体系的安全性做出判断，大大提高研发效率。电芯热失控数值模型的核心是准确描述电芯热失控过程中的化学反应及吸放热量，从而基于能量守恒模拟电池温度在不同条件下的动态变化。化学反应的吸放热一般通过Arrhenius公式描述 (1)式中，图片指反应的产热量；图片为反应物的质量；图片为反应单位质量的吸放热；α为反应的归一化反应量；图片为机理函数；图片为反应的指前因子；图片为反应活化能。通过热分析实验可以测定求解以上参数，这也是热分析动力学的基本问题。电芯升温过程中内部会发生多个反应，它们对电芯升温的贡献可以看作线性叠加，通过准确描述所有反应即能较为精准地预测电芯在不同条件下的温度变化行为 (2)上述方程中，图片为电芯密度；图片为等压比热容；图片、图片、图片为电芯中沿各个方向的热导率；图片为对所有化学反应的产热速率求和；图片为电池与环境换热所引起的能量变化。预测温度变化需要求解二阶含时偏微分方程，如果认为电池中的反应和空间无关，电芯温度均匀上升且电芯体系与外界无热交换，也可简化为一阶微分方程 (3)基于该理论，Hatchard等将电池中主要的化学反应总结为SEI分解、负极-电解液反应、正极-电解液反应、电解液分解反应，计算了方形和圆柱电芯在热箱中的热行为。Spotnitz等总结了早期文献中的反应动力学参数，并基于均一电芯模型系统预测了不同材料体系的电芯在各类滥用测试中的表现。通过理论模拟，可以仅基于少量小规模实验数据对实际电芯的安全性表现进行系统预测。Feng等、Ren等基于热分析动力学和非线性优化算法重新标定了电池中关键反应的动力学参数并进行了更准确的热失控模拟，他们的模型利用DSC测试获得的参数准确预测了电池在ARC中的热失控表现，可以进一步用于预测热箱、短路等条件下的安全性。需要指出的是，不同材料体系、配方和工艺的电芯中涉及的反应机制和动力学可能存在差异，如近年来电芯内短路、正极-电解液反应和正负极化学串扰三者是否均在热失控过程中主导发生的问题引起了广泛争论，安全性的数学模拟并非空中楼阁，而是建立在具体实验和对电池内部化学反应深刻理解的基础上。由于算力的限制，早期的安全性仿真工作大多不考虑温度空间分布或只计算一维分布，而空间分布在大容量电池和真实工况中是不可忽略的，Kim等、Guo等较早提出了描述热失控温度分布的三维电池模型。近年来数值计算方法的发展和商业计算软件的成熟大幅降低了安全性模拟仿真的难度，Feng等利用商业化的有限元计算软件Comsol Multiphysics建立了大容量三元方形锂离子电芯的热失控仿真模型，可以模拟电芯在短路状态下热失控过程和温度的分布，与实测有较好地拟合结果。除了电芯的热行为，电滥用和力学失效对安全性也存在一定的影响，目前，通过构建电-热耦合模型研究电池非等温电化学性能和短路热失效表现的方法目前已较成熟[59-60]，而力学失效如碰撞、针刺等引起热失控的数值模型仍需要持续地开发。3 系统热安全性研究电池系统的安全性是目前锂电池应用面临的最直接问题，其研究重点是系统中热失控的扩展规律与抑制、预警措施。目前商品化电芯的热失控无法完全避免，在系统层面防止热失控扩展是可能的安全性解决方案。在系统层级开展实验研究的成本较高，但难以避免，在模拟仿真的辅助下可以提前预测优化系统设计，降低实验成本。3.1 热失控扩展和火灾危险性测试电池系统热扩展的实验研究成本和危险性较高，主要方法是通过加热、过充、针刺等方式诱发电芯单体的热失控，并利用接触式热电耦、红外测温等手段研究温度在系统中的分布和变化，这种方式只能获得局部多点的热失控信息。Wang团队在国内首次开发了全尺寸锂离子电池火灾危险性测试平台，用来测量大尺寸动力电池及电池组的燃烧特性，除了可以获得电池温度变化外，还可以获得电池组失控过程中的质量变化、火焰温度等信息，同时基于锥形火焰量热等技术可以测定大型电池系统宏观燃烧所释放的能量。与电芯EV-ARC等方法获得的信息不同，在真实环

近年来，转角石墨烯受到国内的关注。转角石墨烯所具有的大周期莫尔晶格（Moiré pattern）及其所带来的能带折叠效应可以诱导出丰富、新奇的电子结构。尤其是在一些特殊的小角度上，电子结构中所出现的平带会衍生出较多不寻常的现象，如超导、强关联、自发铁磁性等。       目前，多数研究采用机械剥离和逐层转移的物理方法对转角石墨烯样品进行制备，而该方法存在条件苛刻、产出率低、界面污染等问题。为发展更加高效的制备技术，科学家通过对化学气相沉积法中衬底的设计，陆续突破了几种类型的转角石墨烯的规模化制备难题。然而，关于多层石墨烯的转角周期的可控制备方面，尚无比较普适的解决办法。       近日，中国科学院深圳先进技术研究院、上海科技大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国人民大学和德国慕尼黑工业大学，寻找到一种石墨烯的折纸方法，可实现高层间周期的转角石墨烯的可控制备。研究发现，铂金表面生长的石墨烯会形成一定的褶皱，褶皱长大后向两旁倒下，并在一些位置撕裂形成一个四重的螺旋位错中心。褶皱倒下时会折叠其一侧的石墨烯，带来与褶皱的“手性”角（也就是褶皱的方向与石墨烯晶向的夹角）具有两倍关系的单层转角。科学家称之为“一维手性到二维转角的转化关系”，并利用折纸模型对该现象进行了形象的演示。该研究进一步探讨了所形成的螺旋位错再生长带来的新奇现象，并发现各层石墨烯会随着再生长形成具有周期性的四层转角结构，其中第1、3层与原始石墨烯的晶向相同，而2、4层的晶向由褶皱手性角所决定。因此研究提出了一种新的周期转角多层石墨烯的制备方法，即通过控制石墨烯褶皱形成的方向，制备具有特殊层间转角周期的多层石墨烯。该方法可用于多种可以形成褶皱的其他二维材料。      相关研究成果以《通过石墨烯螺旋的一维到二维的生长将手性转化为转角》（Conversion of Chirality to Twisting via 1D-to-2D Growth of Graphene Spirals）为题，发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院和国家重点研发计划等的支持。图1. 石墨烯折纸现象的记录与演示。（a-d）原位ESEM实验所记录的褶皱形成、倒下和再生长的过程；（e-h）相应过程的示意图；（i-l）利用折纸模型演示褶皱的形成、倒下和再生长。图2. 螺旋位错附近的再生长过程。（a-d）原位SEM实验所记录的多个反向螺旋位错附近的再生长过程；（e-h）动力学蒙特卡洛对该过程的模拟演示；（i）原子尺度分辨率STM所表征的石墨烯褶皱“手性”角；（j-l）利用折纸模型演示褶皱倒下时形成的螺旋位错及下层石墨烯出现的转角；（m-t）螺旋位错再生长所带来的四层周期转角结构示意图。图3. 石墨烯螺旋的再生长和合并。（a-f）原位ESEM实验所记录的褶皱出现到最终生长成多层转角石墨烯的全过程；（g）TEM表征下的多层转角石墨烯；（h）原子分辨率的多层转角石墨烯表征图；（i-k）动力学蒙特卡洛对该过程的模拟。      图4. 多层螺旋石墨烯和多层堆垛石墨输运性质的区别。（a）原子力显微镜观察到的螺旋位错中心；（b-d）输运性质检测时的实验设置；（e-g）多层螺旋石墨烯和多层堆垛石墨的电阻和磁阻随温度变化的关系。

超大规模集成电路（ULSI）产业直接关系到国家的经济发展、信息安全和国防建设，是衡量一个国家综合实力的重要标志之一。在半导体芯片制备过程中，约有三分之一的工序要使用等离子体技术，因此配备等离子体工艺腔室的材料刻蚀和薄膜沉积设备是ULSI制造工艺的核心。目前，半导体工艺中最常用的两种等离子体源是CCP（容性耦合等离子体）和ICP（感应耦合等离子体）。等离子体工艺腔室制造过程极为复杂，不仅涉及精密机械加工技术，还要统筹考虑电源、气体、材料等外部参数的优化，以及与晶圆处理工艺的兼容性。如果采用传统的“实验试错法”，不仅成本巨大，而且延长了设备的研发周期，将严重制约我国ULSI产业的快速发展。因此，采用建模仿真与实验诊断相结合的方式、为等离子体工艺腔室的研发与优化提供方案，成为一种必然趋势。等离子体放电过程是极其复杂的，受到多种外界参数的控制，如电源功率与频率、气体成分与压强、腔室尺寸及材料属性等。此外，等离子体系统还包含了多空间尺度和多时间尺度的变化，以及多物理化学场的耦合过程。例如等离子体、鞘层、表面微槽等空间特征尺度相差10个量级；电磁场、带电粒子、中性气体及化学反应等时间特征尺度相差9个量级。如此复杂的等离子体工艺环境，给物理建模和数值仿真都带来了巨大挑战。物理学院PSEG团队在王友年教授的带领下，自2005年开始，历经近二十年时间，在国内率先研发出具有自主知识产权的等离子体工艺腔室仿真软件——MAPS（Multi-Physics Analysis of Plasma Sources）。通过采用物理建模、数值仿真与实验诊断相结合的方法，解决了制约等离子体工艺腔室设计和制造中的一些关键技术难题，为我国研发具有自主知识产权的等离子体工艺腔室提供了技术支撑。MAPS是一款专门面向等离子体工艺腔室的数值模拟软件平台，可以同时为等离子体工艺腔室的参数设计和表面处理工艺（材料刻蚀和薄膜沉积）的结果预测提供模拟服务。基于不同的等离子体模型，MAPS包含不同的数值模拟方法，如粒子/蒙特卡洛碰撞模拟方法、流体力学模拟方法、流体力学/蒙特卡洛碰撞混合模拟方法、整体模型模拟方法等。软件平台包含输入部分、输出部分以及七大模块，分别是等离子体模块、中性气体模块、电磁模块、鞘层模块、化学反应模块、表面模块及实验验证模块。此外，PSEG团队研制了结构可变的大面积、多功能等离子体实验平台和多套CCP和ICP放电平台，并自主研发了射频磁探针、微波发卡探针、光探针、吸收光谱诊断系统、布拉格光栅测温系统、悬浮双探针等诊断工具和集成了商用的Langmuir探针、质谱仪、离子能量分析仪、光谱仪、ICCD及光致解离负离子诊断系统等。这些诊断手段为等离子体源多参数诊断提供条件。大量研究表明，MAPS的模拟结果与实验测量结果在量级和变化趋势上达到一致，证明了MAPS仿真软件的可靠性。近期，针对工业中常用的CCP源，MAPS仿真软件提供了一种新的快速仿真算法：基于多时间步长、泊松方程的半隐式修正、超松弛迭代等，可以将模拟速度提高几十倍。此外，针对ICP源，PSEG团队也建立了一种新的双极扩散近似模型，可以对带有射频偏压的感性耦合放电过程进行仿真。该方法不仅模拟速度快，还适用于低气压放电。MAPS仿真软件具有外界控制参数多、耦合物理场多、数值求解器多、数值仿真模型多等优势，能够对ICP刻蚀机、CCP刻蚀机、PECVD（等离子体增强化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）工艺腔室进行仿真，支持对优化工艺过程参数的进一步探索，受到了国内的多家半导体设备制造企业的青睐。近十年中，MAPS仿真软件已分别为北方华创、中微半导体设备（上海）、拓荆科技、苏州迈为、武汉长江存储及理想能源设备（上海）等多家企业提供仿真服务。未来，PSEG团队将继续专注于对MAPS仿真软件的完善和升级，希望可以为半导体、光伏及平板显示等产业的创新与发展注入源源不断的强劲动力。

7月20日，国际顶级学术期刊Nature子刊Nature Machine Intelligence（Nature旗下专注于机器学习领域的顶级期刊）在线发表了华大智造杨梦团队研究成果《Self-play reinforcement learning guides protein engineering》，发布了一款名为EvoPlay的算法模型。这也是华大智造团队在该杂志发表单细胞对比学习自监督Concerto算法后，时隔一年再度发表AI算法相关文章。EvoPlay由“Evo”、“Play”两个英文单词组合而成，前者意为进化，指蛋白质分子的功能进化；Play指的是博弈类搜索算法。EvoPlay算法模型就是借鉴围棋自博弈的方式搜索海量蛋白质突变空间，通过结合不同的功能或结构预测模拟器，像自动驾驶一样训练智能体完成指定功能增强的蛋白进化。据悉，蛋白质的工程化设计和改造是基因测序仪的底层基础，基因测序仪的迭代升级离不开蛋白工程技术的突破。科学家们通过改造各种各样的蛋白质操纵DNA分子、读取酶催化的信号从而识别碱基序列。从华大智造测序仪试剂里用到的聚合酶、荧光素酶等各种工具酶，到更广范围的生物催化剂、生物传感器、治疗类抗体到生物燃料，都离不开对蛋白质的设计和改造。从AI到BI，EvoPlay模型实现AI智能体训练近期，人工智能再一次成为全球瞩目的焦点，今天，现代词典将人工智能定义为计算科学的分支，及机器如何模仿人类智能。《大英百科全书》指出：“人工智能，指数字计算机或计算机控制的机器人执行通常与智能生物相关的任务的能力。”简言之，AI是技术性的模拟与推理，是“技术驱动”模式，目标是用机器代替部分人工劳动。大众熟知的AlphaGo是DeepMind最重要的AI模型之一。它是一个基于深度学习和强化学习的人工智能围棋程序，2016年，AlphaGo与世界围棋冠军李世石进行五局三胜的对弈，并以4比1的总比分获胜，引起了广泛的关注和震动。这一胜利标志着人工智能首次在高度复杂的游戏中超越人类顶尖选手。而AlphaZero是DeepMind后续进一步发展的AI模型。它不需要任何人类的经验知识，只需要知道游戏规则便能通过自我对弈和强化学习从零开始学习并掌握多种棋类游戏，包括围棋、国际象棋和日本象棋，它以惊人的速度超越了世界上最强大的棋类引擎，并展示了一种通用的自学习方法，能够适应不同的领域和问题。而华大智造发布的EvoPlay模型便是借鉴了这种方法，并将其运用到了蛋白质设计领域当中，研究团队将蛋白质序列上每一个位点的突变当作是围棋中的每一次落子，将优化的最终序列当作是一局围棋的结束，通过自我对弈和蒙特卡洛树搜索在蛋白质序列空间中不断的搜索和优化序列，同时作者使用一个代理模型来为每一次位点突变进行奖励，最终成功生成了大量的具有特定功能的序列。从人工智能（AI）到生物智能（BI），EvoPlay算法把经典的强化学习应用到了蛋白质设计框架中，不仅能够增强传统MLDE的采样效率，并能够结合最新的蛋白质结构解析模型（AlphaFold2）直接设计出带目标结构的氨基酸序列。EvoPlay既能够用于传统定向进化，也能够被纳入“从头设计”的理性设计框架中。文章的通讯作者，来自华大智造研发团队的杨梦表示：“我们有理由相信在更多的理性机制分析以及更精密的结构代理模型的帮助下，EvoPlay的蒙特卡洛树搜索+神经网络可以更好地结合‘从头设计’框架，从而为蛋白设计领域提供新的思路，也可以用来进一步优化基因测序仪里用到的各种工具酶。此外，EvoPlay模型已经进行了一些实践，比如说研究者已经利用EvoPlay前瞻性地设计了36个荧光素酶突变体，其中的29个变体已申请专利，发现。EvoPlay在寻找起始库之外更高适应性突变体方面非常有效，并且可以与现有的工程流程相集成。同时，实践也证实了EvoPlay展示了其在高效设计高质量多肽上的性能，将适用于蛋白质-蛋白质相互作用、酶设计和药物发现等多种应用领域。AI推动生命真智能：EvoPlay模型的展望与未来伴随着自动化生物实验室的蓬勃发展，以及微流控技术广泛用于分子筛选和进化实验室，更多的自动驾驶实验室（Self-driving Lab）即将出现。在生命科学和技术实验室中的各个环节，包括实验的执行、数据的收集和分析、实验计划的制定等， 如Design-Build-Test-Learn (DBTL)的循环的自主执行，未来都可以由自动化系统和人工智能来完成，而不需要人类进行主动的干预或操作。智能体还可以通过LLM等工具整合外部知识，多轮迭代探索，连续学习，创造出满足人类需求的酶、抗体、小分子、基因序列甚至人造细胞。EvoPlay模型的诞生无疑验证了这种可能性，在人类不断升级认知极限的过程中，人工智能和机器人有巨大的潜力去帮助人类科学进一步探索未知的边界，从认知生命到掌控生命，期待能够实现人工智能和生物智能的和谐共生，最终实现真智能。

2022年11月25-29日，由电镜学会电子显微学报编辑部主办、南方科技大学承办的“2022年全国电子显微学学术年会”在东莞市会展国际大酒店顺利召开。大会主会场和12个专题分会场采用线下交流+线上直播方式进行，吸引来自高校院所、企事业单位等电子显微学领域专家学者三千余人次线上线下参会。国仪量子携多款电镜新品亮相，收获参会嘉宾一致好评。图片来源：2022全国电子显微学学术年会CIQTEK国产新势力,引领向未来近年来，以国仪量子为代表的电子显微镜新势力快速崛起，在各自主攻领域百花齐放，共同铸就了国产电子显微镜蓬勃发展的全新局面。自2019年推出首台扫描电子显微镜以来，国仪量子基于不同领域用户的多样化需求，陆续发布了场发射电镜SEM5000与SEM4000，以及钨灯丝扫描电镜SEM2000、SEM3200和重新定义钨灯丝扫描电镜的SEM3300,用丰富的产品、完善的服务，赢得了广大用户的青睐。国仪量子副总裁曹峰为参会嘉宾介绍产品。图片来源：2022全国电子显微学学术年会国仪量子营销副总监高原与中国电子显微镜学会理事长韩晓东、副秘书长李宁春交流CIQTEK成就客户,成就同路人国仪量子副总裁曹峰（左三）为长沙理工大学刘小春教授（左二）颁发“杰出用户”证书大会期间，国仪量子副总裁曹峰为长沙理工大学刘小春教授颁发“杰出用户”证书。刘小春教授基于国仪量子的扫描电镜，聚焦企业与科研用户需求，开展了丰富的研究工作，推动了国产扫描电镜的应用发展。CIQTEK聚焦用户需求，做客户的解忧达人图片来源：2022全国电子显微学学术年会11月27日，国仪量子副总裁曹峰受大会邀请，分享了国仪量子的最新研究成果《基于带电粒子追踪与蒙特卡洛方法的低真空SEM电子探测器仿真分析及其在扫描电镜中的应用》。曹峰在报告中表示，低真空扫描电子显微镜在对含水、含气以及不导电等样品等的表征方面有着重要应用。国仪量子公司电镜团队聚焦用户需求，基于电子轨迹追踪模拟和粒子碰撞蒙特卡洛模拟，对低真空信号探测器的工作过程进行仿真和实测，分析了不同探测器结构下的放电区域的区别，评估了电场分布和气压等因素对探测器性能和效率的影响。并将设计应用于国仪量子公司最新的低真空模式场发射扫描电镜SEM4000中，满足了用户需求。报告反响热烈，受到了参会嘉宾的高度评价。

6月18日，2024长春国际光电博览会（以下简称光博会）以“光电引领 共创未来”为主题在长春东北亚国际博览中心隆重开幕，中国科学院长春光机所在A1-H01展位亮相。上午11点18分，由长春光机所自主研发的通用光学设计分析系列软件——长光杂散辐射分析软件V1.0正式版举行了发布仪式。中国工程院院士、长春光机所所长张学军亲自讲解了这款光学软件的核心功能和用途，多名领导和院士莅临展位指导交流。长光杂散辐射分析软件是一款利用光线追迹方法来模拟光学系统杂散辐射的大型光学工程软件，具备三维实体光机建模、光源建模、表面属性建模、光线追迹、杂散辐射分析等核心功能，可用于航天、航空、安防、医疗、电子等领域高端光学系统的仿真分析。该光学软件的研发团队由光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）和长春光机所先进计算与数字工程研究中心两个部门的相关人员组成，团队规模40人左右，这是一支平均年龄仅有33岁的研究队伍。在研制过程中，团队克服重重困难，突破了光源发光属性、光学与机械元件散射属性的测量与表征技术、基于蒙特卡洛方法的光线追迹与分裂技术、杂光数据记录方案和路径分类方法等核心关键技术，完全掌握底层核心算法、拥有自主知识产权、核心技术指标优异，为实现我国光学软件自主化、为工业软件国产化贡献了一份力量。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " 环境试验设备经历了由单一环境因素模拟向多环境因素模拟，从静态模拟到动态模拟，由简单控制到微机全自动控制的发展过程。目前的发展方向是“更快、更好、更省”，并呈现以下特点： /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （1）试件尺寸：从小尺寸向大尺寸、全尺寸方向发展，试样从材料向构件、整机发展； /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （2）提高环境因素模拟精度：如目前模拟太阳辐射的光源主要是氙灯，尽管氙灯的光谱与太阳光谱接近，但光谱上某些点段相差较大。实践表明这些差别对有些材料样品的试验结果有影响，国外一些厂家在积极寻找新的光源。另外对氙灯光强的控制正在由点段控制向全光谱段控制方向发展。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （3）自然环境试验从典型环境向严酷与极端环境发展，向自然环境加速试验发展，向实验室模拟自然环境加速试验发展，并开始应用计算机数字仿真技术。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （4）采用新的控制技术：大量采用计算机领域内的新技术，如显示触摸屏技术、 span style=" font-size: 16px font-family: " times=" " new=" " PLC /span 技术、现场总线技术等。试验过程的检监测技术已向现场连续观察与检测方向发展，并对观察与检测结果实现远程传输。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （5）更接近于实际环境的综合箱：如振动试验箱已经发展成为三综合（温度、湿度、振动）、四综合（温度、湿度、低气压、振动）试验箱，并且出现了多维振动试验箱；腐蚀试验箱由单一腐蚀试验向循环腐蚀试验（腐蚀－湿热－干燥－腐蚀）箱方向发展。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （6）大型综合专用设备：为适应各行各业的需要，研发制作大型综合专用的环境试验设施，如美国陆军阿伯丁靶场的兵器环境试验设备能让车辆在行驶道路条件下，模拟低温、高温、湿热、低气压等多参数组合环境。该设备有 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 1000m sup 3 /sup /span 、 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 145m sup 3 /sup /span 和 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 45m sup 3 /sup /span 三个环境试验室，采用一套空气制冷系统和各自独立的电加热设备。在大型环模设备中首次成功采用了空气制冷。该设备最大试验室空间尺寸为 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 16m× 8m× 8m /span （长× 宽× 高），温度范围为常温 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " ~50℃ /span ，相对湿度可到 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 85× (1± 0.05)%RH（≤40℃） /span ，模拟的最大太阳辐射强度为 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 1kW/m sup 2 /sup /span ，模拟的最大风速为 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 35m/s /span 。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 16px " （7）重视各种试验数据的管理和应用：发达国家以数据库、数据手册、标准规范等集成性成果作为其共享与保护的手段，同时为研究、设计和技术改进提供了科学依据，避免了设计的盲目性。美军在自然环境试验中，经过长期系统的环境试验数据积累，出版了腐蚀手册，开发了新的耐候材料和产品，并制定了大量的材料生产、产品设计、工程设计等一系列标准和规范。美国制定的各类环境试验方法标准，为世界各国普遍采用，其中不少已成为国际标准。如美国著名的《尤利格腐蚀手册》、《军工材料与构件环境适应性数据汇编》等集成性成果已在全世界推广应用，形成了一种独立的知识产权，实现了材料与产品环境试验数据面向全社会的共享与服务。日本也十分重视自然环境适应性数据共享与保护。他们大约有 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 40 /span 个大气环境试验站，并形成网络体系，通过对原始数据的分析处理，建立共享服务数据库，面向社会为国家重点工程、项目研究、材料生产与应用部门提供数据服务。英国共有各类大气暴露场 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 40 /span 个左右，仅钢铁研究协会就有 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " 8 /span 个，其中最大的是卡林顿暴露场。对于各试验站产生的环境试验数据，他们通过环境数据采集自动化、测试数据数字化和数据汇交格式标准化，建立完善的国家试验站网计算机网络。以关键材料、通用零部件、核心元器件等基础产品为对象，系统积累它们在各类环境中的环境因素及环境适应性数据，研究其与这些环境相互作用、性能演变及失效机理。为环境严酷度评估、装备产品环境适应性评价、实验室加速试验方法研究、环境试验标准制定、数据共享等提供技术支撑和服务。如英国皇家化学会数据库 span style=" font-size: 16px font-family: & quot times new roman& quot " （RCS） /span 等，都通过大型数据库实现数据资源的有偿使用，有力促进了数据资源的推广与应用。 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-size: 16px " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 280px height: 250px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/07635131-5027-48ed-a1c9-48fd8d31b2ed.jpg" title=" 试验箱.jpg" alt=" 试验箱.jpg" width=" 280" height=" 250" border=" 0" vspace=" 0" / /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span span style=" text-indent: 2em " 环境试验设备发展趋势 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 1. 提高加速性和相关性 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 加速性和相关性本身是相互矛盾的，提高加速性一般会牺牲相关性。从试验技术的角度来看，提高加速性并不难，难就难在同时提高加速性和相关性。不管从客户要求或技术发展方面看，提高加速性和相关性是气候环境试验技术的重要发展方向。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2. 开发多因素综合试验 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由于材料在自然环境中受到多种复杂因素的综合作用，因而要更真实地再现材料在自然环境中的腐蚀和老化，必须尽可能综合考虑多种自然环境因素。近几年，模拟海洋性气候环境的加速试验方法向多因素试验方向发展。多因素模拟加速试验方法分为多因素组合循环模拟加速试验方法和多因素模拟加速试验方法。多因素模拟加速试验方法由于考虑两个或两个以上主要环境因素的同时作用，能更真实地模拟多种环境因素的协同效应。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 3. 开发环境适应性仿真 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: & quot times new roman& quot " 1992 /span 年 span style=" font-family: & quot times new roman& quot " 7 /span 月，美国国防部研究与工程署在《美国国防部核心技术计划》中，将“环境影响”列为112项核心技术之一， span style=" font-family: & quot times new roman& quot " 2005 /span 年的技术目标是对大气、海洋、地球和空间环境在自然和人工平台（如飞机、导弹、舰船等）两方面的影响进行研究、建模和仿真。在建模和仿真的研究方面，美国陆军在阿伯丁试验场、红石试验中心、达格威试验场和尤马试验场，开展自然环境和诱发环境对装备及其材料性能影响的虚拟试验场研究。在环境适应性规律分析和建立数学模型方面，我国学者创造了灰色理论，并在环境影响规律方面得到成功的应用；神经网络仿真模型理论被成功地应用于环境行为规律的建模和仿真。在积累大量可靠基础数据的基础上，实现对装备环境适应性进行仿真是装备环境工程的发展方向和目标。 /p p br/ /p

浅谈多元校正建模的几个常见问题王冬北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所, 北京 100097摘要 本文分别从样品代表性、数据分集、线性与非线性算法、关键变量筛选、异常样本的剔除、模型维数的选择与模型评价等方面分析了多元校正建模的常见问题。本文可为多元校正模型的建立、优化与维护提供一定的参考。1. 引 言近年来，化学计量学的发展、计算机技术和制造技术的进促使近红外光谱以及近红外高光谱技术高速发展。采用近红外光谱、近红外高光谱建立待测物质中目标物质含量的定量校正模型是近红外光谱、近红外高光谱分析过程的重要环节。本文对多元校正定量模型的建立过程，从样品代表性、数据分集、线性与非线性算法、关键变量筛选、异常样本的剔除、模型维数的选择与模型评价等方面对多元校正建模的常见问题展开讨论，以期为多元校正建模过程提供一定的参考。2. 多元校正建模的常见问题以下分别从样品代表性、数据分集、线性与非线性算法、关键变量筛选、异常样本的剔除、模型维数的选择与模型评价等方面分析多元校正建模的常见问题。2.1 样品代表性样品代表性强调多元校正建模需使用具有代表性的样品，即代表性样品。代表性样品是建立多元校正模型的基础。样品的代表性一般包含样品的品种代表性、空间（地域）代表性、时间代表性。在建立多元校正模型前，需要特别注意所收集样品是否具有足够的代表性。一组具备良好代表性的样品应尽量包含分析工作中遇到的各种情况。以建立樱桃可溶性固形物含量多元校正模型为例，所收集的代表性样品应均匀覆盖一定的品种和地域范围，例如一定的园区、县域、市域等，尽量涵盖各品种的样品。另一方面，欲建立一个较为稳健的校正模型，尤其对农产品，还需考虑农产品的时间代表性。对于农产品，时间代表性主要体现在两方面：一是一年之内的时间代表性，例如樱桃从成熟、采摘到入库、储存；二是跨年的时间代表性，例如对某地樱桃连续3~5年采样。这样做的原因是，农产品内部各种物质的相对含量会因水肥、光照、温度等的年度差异而不同，且农产品不能用已知材料“勾兑”；因此对于农产品需要连续3~5年采样，并根据具体情况逐年维护，从而保证校正数据中含有足够多的、代表性充足的样品，进而为提高所建模型的稳健程度提供具有充足代表性的基础数据。2.2 数据分集数据分集将全部数据中的一部分划分为外部验证集，该部分样品不参与模型的建立过程，只用来对模型的预测性能做出评价；余下的样品作为校正集。因此，所选的外部验证集必须要有足够的数据代表性。这里所谓的“数据代表性”主要是指所选的外部验证集数据、校正集数据应该和全部样本数据具有相似的数据分布特征或趋势，以图1为例说明。图1中，第1行示意全部样本数据的分布，第2~6行蓝色圆圈表示校正集数据的分布，红色菱形表示外部验证集数据的分布。从图1可见，很明显，只有ExVal.-1的外部验证集数据和其对应的校正集数据与全部样本数据具有相似的数据分布特征；ExVal.-2数据分布位于原数据集的左侧，即数值偏小；ExVal.-3数据分布位于原数据集的右侧，即数值偏大；ExVal.-4数据分布集中于原数据集的中部；ExVal.-5数据分布位于原数据集的左右两端；ExVal.-6数据分布集中于原数据集的中部且数据量明显少于其他外部验证集。图1 各数据集分布示意图为了对数据分集所得的校正集和外部验证集的数据代表性进行量化分析，对全部样本（All）数据、校正集（Calib.）数据、外部验证集（ExVal.-1）数据以及其他几种外部验证集（ExVal.-2 ~ ExVal.-6）数据分别计算样本容量（n）、最小值（Min）、最大值（Max）、平均值（Ave）、样本标准差（Std）、极差（Rx）和变异系数（CV），如表1所示。从表1数据可见，根据Min、Max、Ave、Std、Rx、CV的数据特征可以得知，Calib.和ExVal.-1皆与All具有相似的数据分布特征。ExVal.-2由于所选外部验证集数值偏小，其数据分布特征和All的数据分布特征的差异主要体现在Max、Ave、Std、Rx、CV；ExVal.-3由于所选外部验证集数值偏大，其数据分布特征和All的数据分布特征的差异主要体现在Min、Ave、Std、Rx、CV；ExVal.-4由于所选外部验证集集中于All的中部，其数据分布特征和All的数据分布特征的差异主要体现在Min、Max、Std、Rx、CV；ExVal.-5由于所选外部验证集分布于All的左右两端，其数据分布特征和All的数据分布特征的差异主要体现在Std、CV；ExVal.-6由于所选外部验证集集中于All的中部且数据量明显少于其他外部验证集，其数据分布特征和All的数据分布特征的差异主要体现在Min、Max、Std、Rx、CV，同时，ExVal.-6的n也可间接说明了该问题。最后要注意的是，校正集和外部验证集的样本容量之比一般为3:1 ~ 5:1；特殊情况除外。表1 各数据集统计信息Stat.AllCalib.ExVal.-1ExVal.-2ExVal.-3ExVal.-4ExVal.-5ExVal.-6n2520555552Min1.191.192.931.198.595.651.196.04Max10.2410.249.584.1510.246.5210.246.38Ave6.306.266.432.729.416.086.426.21Std2.432.482.491.390.660.374.700.24Rx9.059.056.652.961.650.879.050.34CV38.6%39.6%38.7%51.0%7.0%6.1%73.1%3.9%从以上分析可见，当数据集划分不合理时，所选数据集（例如外部验证集）的Min、Max、Ave、Std、Rx、CV的数值会表现出和全部样本数据对应统计量数值的差异，从而提示数据集划分存在问题。因此，建立校正模型前，应对校正集数据、外部验证集数据和全部样本数据分别计算n、Min、Max、Ave、Std、Rx、CV统计量，并比较三个数据集的各统计量是否存在明显差异。2.3 线性和非线性算法选择线性拟合算法、亦或是非线性拟合算法，是建立校正模型过程的重要问题。线性拟合和非线性拟合各有优点，也各有不足。一般地，非线性拟合模型较线性拟合模型具有更高的复杂程度和更多的不确定性，选择拟合算法应以合适为原则。以下举例说明线性拟合算法和非线性拟合算法的选择。图2(a)中“▲”代表校正集数据。线性拟合模型、非线性拟合模型的预测值-参考值回归方程和测定系数（Determination Coefficient, R2）如表2所示。结合图2(a)和表2数据可见，非线性拟合模型的拟合准确度更高。然而，待测样本的数据分布如图2(b)的菱形（◆）所示。显然，对于如图2(b)所示的待测样本数据，用线性拟合模型所得的预测值将具有更小的预测误差。（a）（b）图2 线性拟合模型和非线性拟合模型示意图▲校正集数据, ◆待测数据表2 线性拟合模型和非线性拟合模型的预测值-参考值回归方程和测定系数模型回归方程R2线性Y=1.7333X+4.28890.6999非线性Y=-0.0145X6+0.4367X5-5.1345X4+29.851X3-89.49X2+130.05X-60.6440.9912在这里需要注意的是，如果数据本身确实是遵循非线性规律，就需要使用非线性拟合算法对其建立校正模型。2.4 关键变量筛选对于近红外光谱，通过一定的算法筛选关键变量在一定程度上可以减少参与建模的变量个数，减轻运算负荷并提高运算速度。然而，对于建立校正模型，特别是定量校正模型，所选变量的稳定性是筛选关键变量不可避免的问题。这里所谓的“变量的稳定性”，是指所选变量在校正集发生变化时还能保持其关键变量特征的属性。这里建议采用蒙特卡洛方法和变量筛选方法相结合，通过设置蒙特卡洛方法的单次采样率和蒙特卡洛次数2个关键参数，相当于获得了基于原校正集的多个子校正集。再通过对多个子校正集筛选关键变量，从而进一步对所选变量的稳定性进行比较与评估，进而提高所选关键变量的稳定性。2.5 异常样本的剔除在建立校正模型时，常会遇到异常样本。异常样本对模型准确度具有很大的负面影响。正确地识别异常样本并对其进行剔除，可以有效提高模型的准确度。异常样本的识别方法有很多，本文采用预测残差和杠杆值相结合的方法对异常样本进行识别。通常，预测残差阈值设定为全部校正集样本预测残差平均值的2倍，杠杆值阈值设定为全部校正集样本杠杆值平均值的3倍。当某个样本同时满足预测残差大于预测残差阈值、杠杆值大于杠杆值阈值时，可判定该样本为异常样本，应予以剔除。下面以图3结合表3数据说明剔除异常样本对模型的影响。图3(a)是剔除异常样本前预测值-参考值相关关系图。从图3(a)结合表3数据可见，由于异常样本的存在，模型测定系数（Determination Coefficient, R2）仅0.5766，均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）为2.17。当剔除异常样本后，如图3(b)所示并结合表3数据可见，模型R2提高到0.9977，RMSE下降到0.19。可见，剔除异常样本有利于减小模型的误差、提高模型的准确度，进而可提高模型的预测性能。（a）（b）图3 剔除异常值前(a)、后(b)的预测值-参考值相关关系图表3 剔除异常样本前、后的预测值-参考值回归方程、测定系数和均方根误差剔除异常样本回归方程R2RMSE剔除前Y=0.7797X+0.90810.57662.17剔除后Y=1.0174X+0.01600.99770.192.6 模型维数的选择与模型评价不同于一元线性回归只有1个自变量，多元校正模型有多个自变量。在建立多元校正模型时，模型自变量的个数即模型维数的选择成为另一个关键问题。一般地，在建立多元校正模型的过程中，往往计算多个维数，再通过预测残差平方和（Prediction Residual Error Sum of Squares, PRESS）随模型维数（Nf）的下降趋势判断多元校正模型的最佳维数。图4分别为PRESS随Nf变化的3种较为典型的情况。图4(a)中，PRESS随Nf的增加先下降、后上升，在Nf= 6时达到最小；此种情况一般选PRESS最小值所对应的Nf作为模型的最佳维数。图4(b)中，PRESS随Nf的增加一直下降，此种情况需要对各维数PRESS下降值做显著性检验，当PRESS下降不显著时，则取上一个Nf作为模型的最佳维数；图4(b)中，Nf从6到7时PRESS下降不显著，因此模型的最佳维数定为6。图4(c)是较为隐匿的情况，Nf从4到5时PRESS下降不显著，但PRESS在Nf从5到6又发生了显著下降，因此该种情况模型的最佳维数应定为6而不是4。 （a）（b）（c）图4 PRESS随Nf变化示意图在建立多元校正模型时还需注意模型的欠拟合和过拟合问题。如图5所示，所谓欠拟合是指模型维数低于最佳维数，导致所建模型的预测能力不足；所谓过拟合是指模型维数高于最佳维数，亦会导致所建模型的预测能力下降。图5 欠拟合、过拟合、理想情况的PRESS随Nf变化示意图欠拟合、过拟合和理想情况的预测值-参考值的相关关系图如图6所示，其对应的回归方程、R2和RMSE如表4所示。图6(a1)、图6(a2)分别是欠拟合校正、交互验证数据的预测值-参考值相关关系图；结合表4数据可见，欠拟合的校正、交互验证R2皆不高，RMSE皆较大。图6(b1)、图6(b2)分别是过拟合校正、交互验证数据的预测值-参考值相关关系图；结合表4数据可见，过拟合的校正R2很高，而交互验证R2不高，二者相差很大；另一方面，过拟合的校正RMSE很小，而交互验证RMSE很大，二者相差也很大。图6(c1)、图6(c2)分别是理想情况校正、交互验证数据的预测值-参考值相关关系图；结合表4数据可见，理想情况的校正、全交互验证R2皆较高且二者相差不大，RMSE皆较小且二者相差不大。欠拟合、过拟合皆不能用于实际工作。造成上述现象的主要原因是：对欠拟合模型，由于模型维数过低，没有提取到足够的有用信息，导致模型的预测准确度下降。对过拟合模型，由于模型维数过高，在提取有用信息的同时还裹挟了校正集的噪声信息；由于模型维数过高，模型对校正数据进行自预测的准确度显然是很高的，但是对于交互验证，由于所建模型裹挟了校正集的噪声信息，因此对交互验证的预测准确度很低。图6 欠拟合、过拟合、理想情况的校正、交互验证数据预测值-参考值相关关系图(a1)欠拟合校正, (a2)欠拟合全交互验证, (b1)过拟合校正, (b2)过拟合全交互验证,(c1)理想情况校正, (c2)理想情况交互验证表4 欠拟合、过拟合、理想情况校正、交互验证回归方程、测定系数和均方根误差拟合情况数据集回归方程R2RMSE欠拟合校正Y=1.0676X+0.17420.79861.75全交互验证Y=0.9135X+0.51150.71231.79过拟合校正Y=0.9989X+0.02990.99960.07全交互验证Y=0.9671X+0.10710.76981.62理想校正Y=0.9918X-0.05640.96300.60全交互验证Y=0.9770X+0.20670.95970.62对多元校正模型的评价，主要从相关性和误差两个方面进行。对多元校正模型的相关性一般采用测定系数（Determination Coefficient, R2）作为评价参数：R2取值范围为0 ~ 1，且R2值越接近1，模型的相关性越强，反之亦反。对多元校正模型的误差一般采用均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）作为评价参数：一般地，RMSE值越小，模型的误差越小，反之亦反。对应不同的数据集，测定系数有：校正测定系数（Determination Coefficient of Calibration, R2C）、交互验证测定系数（Determina Coefficient of Cross Validation, R2CV）、预测测定系数（Determination Coefficient of Prediction, R2P），均方根误差有：校正均方根误差（Root Mean Error of Calibration, RMSEC）、交互验证均方根误差（Root Mean Error of Cross Validation, RMSECV）、预测均方根误差（Root Mean Error of Prediction, RMSEP）。除此之外，评价模型的另一个重要指标是相对预测性能（Ratio Performance Deviation, RPD）。RPD的大小反映模型预测性能的高低。一般地，RPD ≥ 3.0表示模型预测能力较好，可以用于实际工作；1.5 ≤ RPD 2.7 避免“假线性”在建立多元定量校正模型时还需要注意避免“假线性”。如图7所示，从图7(a)和图7(b)可见，这两组数据的线性很差。然而，当把图7(a)和图7(b)的数据放在一起，如图7(c)所示，结合表5数据可知，放在一起的数据，即数据集(c)，所建模型的R2超过0.999，貌似线性很好，但实际上这是“假线性”。从RMSE数据可见，数据集(c)的模型并未因其R2的增大而明显减小。数据集(c)的模型如果用于实际工作，会存在很大的风险。导致该现象的主要原因是，两组数据之间跨度过大，并且在两组数据之间缺失样本。这样的“假线性”应特别注意并避免。（a）（b）（c）图7 三种数据集的预测值-参考值相关关系图表5 三种数据集的预测值-参考值回归方程、测定系数和均方根误差数据集回归方程R2RMSE(a)Y=0.4436X+1.86850.27533.03(b)Y=0.0482X+290.360.00214.30(c)Y=1.0023X-1.16270.99953.623. 总结校正模型是近红外光谱、近红外高光谱能够进行高效分析的数学基础。建立性能良好的校正模型对实现近红外光谱、近红外高光谱无损、快速、高效分析是非常重要的。多元校正建模过程需要注意很多细节，包括样品代表性、数据分集、算法选择、关键变量筛选、异常样本剔除、模型维数选择、模型评价等。在其中，样品代表性是基础，也是决定建模工作成败的关键之一。对于农产品，还要特别注意样品的时间代表性。建立校正模型并不是一劳永逸的工作。模型不是产品，而是一种方法。当样品的情况发生变化时，所建模型很可能不再适合当前样品，就需要对模型进行维护，甚至重建。需要特别注意的是，多元校正模型有严格的应用前提；如果不满足模型的应用前提，模型预测值的准确性将难以保证。进一步地，建模过程要秉承客观公正的原则。例如：在剔除异常样本方面，对异常样本的识别需要有一定的根据，不能凭感觉剔除所谓的异常样本；在模型评价方面，需要客观地根据有关统计量的数据对模型的准确度、精密度、预测性能等进行客观公正的评价，不可以根据主观好恶随意调节模型维数。作者简介：王冬，男，1982年生，籍贯北京；2010年毕业于中国农业大学，获得农学博士学位；现就职于北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所，副研究员；主要研究方向为振动光谱分析与化学计量学，主要从事近红外光谱、中红外光谱、拉曼光谱、太赫兹波谱无损快速分析工作。曾主持完成中国博士后科学基金会、科技部国家科技支撑计划子课题任务、北京市农林科学院博士后基金、北京市农林科学院青年基金、北京市农林科学院科技创新能力建设专项储备性研究课题等，曾以科研骨干身份参加农业农村部公益性行业（农业）科研专项课题、科技部国家重大科学仪器设备开发专项、北京市科委专项课题等。截至目前在振动光谱和化学计量学等有关领域发表学术论文60余篇，其中第一作者论文40余篇；获授权发明专利9项、实用新型专利3项；获得软件著作权2项；参编著作及科普读物4部；参与制定国家标准1项；合作指导硕士研究生2名；获得中华人民共和国教育部高等学校科学研究优秀成果奖-科技进步奖一等奖1项、中华人民共和国农业农村部神农中华农业科技奖一等奖1项。作者邮箱: wangd@iqstt.cn, nirphd@163.com.

在纤维纺丝、薄膜拉伸和塑料注塑成型加工过程中，聚合物结晶一般都发生在高速取向变形过程中，这一过程还伴随着聚合物的应力松弛。因此聚合物结晶、取向和松弛这三种非平衡动力学过程相互竞争，对应的调控因素例如加工温度、应变速率和拉伸应力就共同决定着聚合物材料制品最终的半结晶织态结构及其综合性能。在国家自然科学基金委的项目支持下，南京大学胡文兵课题组在采用动态蒙特卡洛分子模拟研究应变诱导聚合物结晶微观机理方面近年来取得了一系列的进展。分子模拟结果揭示了应变诱导结晶成核阶段所存在的分子内链折叠成核和分子间缨状微束成核之间的竞争关系（Polymer, 2013, 54, 3402）以及结晶成核、晶体生长和后生长三个阶段不同的链折叠变化趋势及其微观机理（Polymer, 2014, 55, 1267）；研究还推广到双链长分布聚合物（Chin. J. Polym. Sci., 2014, 32, 1218），无规共聚物（Soft Matter, 2014, 10, 343 Eur. Polym. J., 2016, 81, 34 Polymer, 2016, 98, 282），溶液聚合物（J. Phys. Chem. B, 2016, 120, 6890），结晶/非晶共混物（J. Phys. Chem. B, 2016, 120, 12988），外消旋共混物（J. Phys. Chem. B, 2018, 122, 10928）和短链支化聚合物（Polym. Int., 2019, 68, 225）等复杂多组分体系。最近，他们将麦克斯韦应力松弛模型引入到每条高分子链中。分子模拟结果揭示了非晶聚合物应力松弛的熵势垒微观机制（Chin. J. Polym. Sci., 2021, 39, 906）以及聚合物重复单元结构间各种局部相互作用对链扩散势垒的贡献（Polymer, 2021, 224, 123740），他们甚至还发现了低温区非晶聚合物非线性粘弹性的微观发生机制（Chin. J. Polym. Sci., 2021, 39, 1496）。他们进一步对比了引入和不引入应力松弛的聚合物拉伸结晶过程，如图1所示，发现应力松弛在结晶成核、晶体生长和后生长阶段三个阶段都发挥了独特的作用。图1：没有应力松弛（Strain-induced）和引入应力松弛（Stress-induced）的聚合物应变诱导结晶对比示意图。在结晶成核阶段，聚合物的取向变形减小了构象熵，提升了聚合物的平衡熔点，导致结晶成核的过冷度，即热力学驱动力增强，于是结晶的起始应变随温度升高而变大。增大应变速率，聚合物链内调整这一动力学效应将推迟结晶成核的发生，结晶的起始应变也相应变大。一开始他们合理地猜想应力松弛将削弱聚合物的取向变形程度，给热力学上带来不利于结晶成核的作用。由于在高速拉伸过程中应力松弛的时间窗口很小，对聚合物取向变形程度的影响较为有限，实际的模拟结果显示这一热力学效应并不明显。实际上引入应力松弛对结晶起始应变的影响与增大应变速率的效果相似，即在高温区都不改变结晶的起始应变，说明聚合物来得及链内调整；在低温区都增大了结晶的起始应变，说明应力松弛对结晶主要起到了动力学阻滞效应，而不是预期的热力学削弱效应。在晶体生长阶段，由于折叠链片晶生长动力学主要由链内次级成核机理所控制，应力松弛同样在动力学上阻滞晶体生长。于是，应力松弛显著减缓了拉伸过程中结晶度随应变增大而提高的动力学过程，导致在相同应变程度下，引入应力松弛的结晶过程所能达到的结晶度相对较低。在后生长阶段，聚合物晶体发生应变诱导的熔融重结晶过程。在这一过程中晶体的折叠链被迫打开转变为伸直链，片晶转化为纤维晶，对应于半结晶聚合物冷拉的细颈化过程。分子模拟观察到熔融重结晶带来显著的应力松弛加速现象，证明外力做功迫使折叠链晶体熔化，然后以重结晶生成伸直链纤维晶的形式将外界冲击能转化为热能耗散到周边的环境中去，从而使得半结晶聚合物表现出优异的韧性特点，不同于金属和陶瓷材料。这一阶段应力松弛与增大应变速率对结晶形态的影响有所不同：在其它条件相同时，应力松弛显著减少晶粒的数目，而增大应变速率显著减小晶粒的尺寸，如图2所示。图2：不同拉伸速率下应变诱导与应力诱导结晶的晶区形貌快照，20000对应于相对慢速的拉伸应变过程，5000对应于中速应变。这项工作揭示了聚合物应力松弛、拉伸变形和结晶这三个非平衡过程之间在聚合物取向结晶过程中的微观相互竞争机理，有助于更好地理解实际聚合物高速取向加工成型过程中的高分子结晶行为以及各种加工因素对半结晶聚合物制品内部结构和性能的调控机制。相关成果发表在Polymer（2021, 235, 124306）。论文的第一作者是博士生罗文。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2021.124306

5月5日消息，以高精度电子测量为特色的西安模拟感知信息科技（模拟感知）有限公司近日宣布完成数千万元人民币的首轮融资，投资方为上海超越摩尔（超越摩尔）。模拟感知信息科技位于西安，公司核心团队利用在高精度仪器研发领域积攒的经验，“降维”研发了多种现场仪表电子测量模组。将低噪声模拟链路设计、温漂/零漂抑制和精度补偿等技术成功应用在工业现场领域。模拟感知团队表示我国在电子测量领域大幅落后于西方，目前远不能满足我国经济发展的要求，有巨大的市场机遇。模拟感知基于技术相通性和产品归一化和积木化的原则，在仪表和仪器领域同时布局：• 在仪表领域，公司提供测量的核心模组（电路板卡），目标客户群体是我国广大的仪表厂商。公司在首系列产品的研发过程中，深刻感受到了来自客户的热情与支持，产品在测试阶段就收到了数量可观的订单。在下游客户的鼎力支持下，目前公司超声波气体流量计核心模组已完成了市场的闭环验证，气超整表准确度达到了0.5%级。公司会持续在仪表核心测量领域投入，助力我国仪表厂商实现产品的升级换代。• 在测量仪器领域，公司将于近期陆续推出用于实验室研发、新能源汽车测试、电池测试、电源芯片测试和航空发动机发电系统测试的相关产品。超越摩尔表示现代测量的实质是电子测量，无论是流量、温度还是形变，都是将被测量作为电信号进行采集、抽象和处理。 在被测信号进入数字处理芯片之前的模拟电路部分是整个测量系统的重中之重，也是我国同西方集团在通用电子测量领域差距最大的部分。模拟感知核心技术团队在相关领域耕耘多年，主导过多款超高精度仪器的研发和上市工作，在通用电子测量方向有非常明显的技术和经验优势，有实力成为行业的领军企业。

多年来，蜘蛛丝一直是仿生研究的主题。众所周知，它具有令人难以置信的拉伸强度和生物相容性。因此，基于各种材料的人工模拟例子数不胜数。研究较少但却同样有趣的是丝纤维的形成机制。蛛丝是在蛛丝导管对储存在蜘蛛体内的液体蛛丝的剪切力作用下形成的固体纤维。这些剪切力促使晶核的形成，材料在晶核上进一步结晶。有趣的是，相应的合成过程需要的活化能要比蛛丝形成的活化能高得多。谢菲尔德大学的G.J. Dunderdale等人现在已经成功地开发了一种节能程序，通过诱发剪切应力来诱导聚环氧乙烷水溶液（PEO）的结晶。 结晶的形成是通过加热溶液来获得均匀样品，然后通过冷却和剪切溶液来进行关键的具体工作。在小角和广角X射线散射（SAXS和WAXS）原位模式下收集到的图谱，以及当溶液被Linkam CSS 450剪切池剪切时，清楚地显示了结晶的开始。这不仅体现在散射强度的稳步增加，而且Herman定向函数P2（见上图2D SAXS图谱和演变的图像）的上升也表明了样品的方向。同时采集的2D WAXS图谱也清楚地显示了peo72螺旋结构形成的反射特性。 这些结果与剪切诱导偏振光成像（SIPLI）非常吻合，在SIPLI中Maltese Cross图谱的形成表明了结晶的开始。通过这种技术的结合，研究人员已经清楚地证明了在剪切过程中模拟聚合物水溶液到固体材料相变的能力。

2024年3月20日至22日，备受瞩目的SEMICON China 2024在上海新国际博览中心隆重举行。作为全球规模最大、规格最高、最具影响力的展会，有1100家企业参展，覆盖芯片设计、制造、封测、设备、材料、光伏、显示等产业链，是半导体行业的开年盛会。展会期间，仪器信息网有幸采访到了费勉仪器科技（南京）有限公司MBE应用专家高汉超。在采访中，高老师详细介绍了公司所带来的分子束外延设备的具体型号，同时，还深入阐述了这些设备的创新点。此外，高老师还分享了公司产品相比国外产品在价格好和服务售后方面所具有的优势。不仅如此，高老师还提及了公司过往的销售成绩，并且阐述了未来的规划，包括拓展产品线和实现更大量产型机台的销售。最后，高老师也就国产替代发表了看法，并对分子束外延设备的市场趋势进行了分析和预测。以下是现场采访视频：仪器信息网：本次是贵公司第几次参加Semicon China，参会感受如何？高老师：我们公司是第三次参加半导体展会，然后从这次参会的看，目前国产的设备厂商越来越多，从原材料到设备部件到整机，然后我们也看出来这几年的国产厂商在持续发力，我们这是非常好的现象，然后我们也希望国产的半导体厂商越来越多的进入半导体的供应链，然后实现国产替代。 仪器信息网：本次参会，贵公司带来了哪些分子束外延设备和产品？有哪些创新？高老师：我们这次带来总共有 MBE600、800、800plus和1000这一些型号，然后目前我们展板上就有1000，这些型号我们能覆盖从2寸到8寸的这种化物半导体的晶圆，然后覆盖材料从二代半导体的镓、砷、铟、磷到三代半导体的氮化镓以及超宽基带的半导体这种氧化镓的材料外延生产的分子外延设备。这些分子测设备我们的主要创新点其实主要包括两个方面，第一个我们采用直接蒙特卡洛这种模拟的方法，然后在通过模拟原子和分子在生长腔内的行为，然后我们能够实现结构的优化，我们可以通过这种优化能够实现分子束外延具有非常好的一个布局，能够实现这种良好的均匀性。然后另一个创新点就是采用这种重载式的机械臂，能够实现非常好的定位精度，定位精度大概在±0.05毫米，能够保证分子束外延这种持续高效稳定的运行。 仪器信息网：相比于其他分子束外延厂商有哪些优势和特点？贵公司如何保持自己的差异化优势？高老师：首先我们对比国外的这些产品，我们公司的产品的各项参数性能与国外类似的产品在指标性能上基本能够保持一致，但是价格我们比国外的产品应该是更有优势，而且我们公司立足在国内具有完善的研发服务，还有售后的这种团队，我们能够第一时间响应客户的要求，然后能够为客户提供这种多样的外延服务，就是多样的这种以客户为中心进行服务，能够满足客户的各种需求。 仪器信息网：您认为当前半导体行业对分子束外延设备的最大需求是什么？高老师：MBE需求 我认为主要体现在两个方面，第一个就是在面向应用的就是生产型的设备，主要是面向应用，主要是用于微电子和光电子。由于份数具有比较好的真空，它生产的材料纯度也高，而且它的可控性好，它特别适合制造就是长周期的一些结构，包括砷化镓、磷化铟基的这种激光器、探测器等等以及一些微电子材料。例如砷化镓的一些HTTP的这种结构，这种材料都要求这种界面的可控性要求就比较高。而且随着现在这种微电子和光电子技术发展，可能对材料可控性要求越来越高，然后我相信未来MBE会进入更多的这种研究生产领域。 仪器信息网：贵公司在过去一年中，在中国市场取得了怎样的成绩？在2024年又有哪些战略或市场规划？高老师：我们在2023年总共销售应该有9个产品，就是9套系统，然后目前在国内的分子束外延市场，我们几乎处于领先的一个位置2024年我们希望拓展我们的产品线，能够覆盖更多的材料，生产值及这种研发，然后我们希望能够实现这种更大的量产型机台的这种销售。 仪器信息网：近年来，国产替代受到广泛关注，请您谈谈在分子束外延设备领域的国产替代看法，以及贵公司在国产替代方面的布局。高老师：由于近年来大家众所周知的原因，有很多设备是不能进口到国内的，然后我们分子束有些客户也遇到相同的问题，而且随着这几年的发展，大家对国产设备的接受度越来越高，而且我们公司的产品迭代的也越来越快，性能相比于前几代的产品越来越好，得到了客户的广泛认可。我们现在基本能够实现零部件和一些运动部件的平替，后续我们希望整个产品线从研发生产一直到生产的所有的机台型号设备产品的一个平替。 仪器信息网：根据您的观察和分析，您认为未来分子束外延设备市场将呈现哪些趋势？高老师：我觉得主要有两个趋势，一方面是基础研究，目前国家对这个基础研究投入越来越高，而且MBE是作为一个非常灵活的基础研究的工具，它适合生长各类的材料和薄膜，这块是一个很明显的增量市场，还有一个趋势，可能大家希望在量产型设备向更大尺寸更高稳定性这块发展，我们公司也在规划未来会做一些量产型的这种大设备，以满足市场的需求。

地震模拟试验技术是集机、电、液与计算机控制等多学科知识为一体的综合性技术，是土木工程、岩土工程、结构工程中大型结构试件抗震减灾、性能验证和破坏机理研究的核心技术手段。该技术以电液伺服控制技术、自动控制理论、模拟电子技术和信号处理等课程为技术基础。8月16日，由仪器信息网、中国仪器仪表行业协会试验仪器分会联合主办的第二届试验机与试验技术网络研讨会将召开。届时，哈尔滨工业大学副教授杨志东将在线分享报告，介绍国内外地震工程与工程振动领域的地震模拟试验技术研究成果与相关技术。欢迎业内人士报名听会，在线交流。附：第二届试验机与试验技术网络研讨会 参会指南为帮助业内人士了解试验技术发展现状、掌握前沿动态、学习相关应用知识，仪器信息网携手中国仪器仪表行业协会试验仪器分会于2023年8月16日组织召开第二届“试验机与试验技术”网络研讨会，搭建产、学、研、用沟通平台，邀请领域内科研与应用专家围绕试验机行业发展、试验技术研究、试验技术应用等分享报告，欢迎大家参会。1、进入会议官方页面（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/testingmachine2023/）进行报名。2、报名开放时间为即日起至2023年8月15日。3、报名并审核通过后，将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。4、本次会议不收取任何注册或报名费用。5、会议联系人：高老师（微信号：iamgaolingjuan 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）6、赞助联系人：周老师（微信号：nulizuoxiegang 邮箱：zhouhh@instrument.com.cn）

仪器信息网讯 2023年5月8日，第一届光谱技术及应用大会暨第九届中国激光诱导击穿光谱学术会议暨第六届燃烧诊断会议在敦煌开幕。会议旨在进一步推动光谱技术的应用与融合，探讨我国光谱技术的发展趋势和远景目标，促进光谱技术和仪器的进步与创新。本次会议由中国光学工程学会主办，中国光学工程学会光谱技术及应用专业委员会、西北师范大学承办，敦煌研究院、中国科学院近代物理研究所、上海理工大学、中国科学院合肥物质科学研究院、中国矿业大学、先进能源科学与技术广东实验室联办。来自国内相关领域240余家单位的600余位代表出席会议，仪器信息网作为合作媒体出席并对大会进行系列报道。会议现场大会开幕式由中国光学工程学会理事、中国光学工程学会光谱技术及应用专业委员会副主任委员兼秘书长、清华大学王哲教授主持，大会主席、中国科学院上海技术物理研究所王建宇院士、西北师范大学副校长李文生教授分别致辞。大会主席、中国科学院上海技术物理研究所 王建宇院士 致辞虽然科学技术不断的发展，为光谱分析仪器带来了性能上的提高和应用范围的扩展，但不断提高的科学技术水平，也对光谱仪器的性能、体积、成本提出了更加苛刻的要求。王建宇院士在致辞中表示，随着国家对自主创新和工程应用的大力支持，我国光谱技术的发展取得了长足的进步，原创性成果持续涌现。在此形势下，希望通过本届会议，紧跟最新发展趋势，引导重点单位，部署分子科学、光学、电子、化学、仪器等相关行业跨界融合，推动全方位的合作，搭建开放的交流平台，为光谱领域的技术创新提供新的动力。西北师范大学副校长 李文生教授 致辞当前，信息技术创新日新月异，数字化、网络化、智能化深入发展，同时也加速了光谱技术成为近代光学计量的重要分支学科。因其具有测量范围宽、速度快、分析精度高等优势，已在元素分析燃烧诊断、文物保护、大气检测、工业检测、生物医疗、航空遥感、矿物检测等诸多领域发挥着越来越重要的作用。李文生教授表示，随着高端新型光谱仪器的自主化和国产化，其必将为我国近代化工业、农业、科技等众多领域的发展壮大作出重要贡献。中国光学工程学会副秘书长邓伟 进行中国光学工程学会重要活动发布为期两天的会议，组委会精心安排了大会报告、分类报告、青年学者口头报告和张贴报告、优秀论文评选和产品展示等活动。值得一提的是，本次会议特别安排了激光诱导击穿光谱及相关技术、原子光谱与质谱、激光拉曼光谱与激光荧光光谱技术及应用、光声光谱与TDLAS技术及应用、红外及太赫兹光谱、超快及瞬态光谱、燃烧诊断、环境监测、工业检测等多个分会场。会议同期，中国光学工程学会成立了光谱技术及应用专业委员会，并召开了第一届专业委员会工作会议，旨在充分发挥专家学者的创造力、凝聚力和积极性，搭建一个交叉融合，创新奋进的交流平台。光谱技术及应用专业委员会开幕式之后，中科院安徽光学精密机械研究所刘文清院士、中科院上海技术物理研究所王建宇院士、清华大学王哲教授、中国矿业大学周怀春教授、北京邮电大学夏安东教授、中国海洋大学郑荣儿教授分别作大会报告。上海理工大学蔡小舒教授、西北师范大学董晨钟教授分别主持大会报告。中科院安徽光学精密机械研究所 刘文清院士《温室气体光学监测技术进展》环境污染和气候变化是我国生态环境建设的两大关键问题。大气污染气体与温室气体二者同根同源，具有显著的协同性，都涉及到大气成分的变化，但是它们的监测技术原理和仪器构成千变万化，取决于监测对象的浓度和来源。刘文清院士在报告中简要介绍了目前用于在线、现场、地基和天基碳监测技术、成果及应用案例。刘文清院士指出，我国急需补齐温室气体监测能力短板，包括温室气体地面大气及生态碳汇监测、地基及天基遥感监测能力，并加快建立园区、城市、区域、全球不同层面的温室气体监测技术体系。中科院上海技术物理研究所 王建宇院士《深空探测中的激光光谱技术》目前激光诱导击穿／荧光光谱、拉曼光谱、可调谐激光光谱等技术已广泛应用于火星探测中，并且将在后续国际行星探测任务中发挥更大作用。王建宇院士在报告中介绍了深空探测中激光光谱技术取得的一系列进展，比如，中国首次火星探测搭载的 MarSCoDe 已经在火星上获取了宝贵的探测数据，帮助科学家进一步研究火星表面物质成分；中国将在嫦娥七号搭载拉曼光谱仪实现月球表面首次拉曼光谱探测等。王建宇院士指出，中国的行星探测已经走在国际前列，未来将继续进行月球、火星以及小行星探测，采用更多的激光光谱技术手段帮助人类了解行星的形成和地质演化过程。清华大学 王哲教授《中国激光诱导击穿光谱发展现状和展望》王哲教授从基础研究、仪器设备开发、定量分析算法、不同领域应用等方面综述了激光诱导击穿光谱在中国的研究进展，重点介绍了在LIBS精确定量方面的进展，并展望了在国家重大战略目标下LIBS未来的发展潜力和面临的挑战。同时，立足于中国在能源、冶金、化工、农业、文保等多个领域的重大需求，王哲教授展望了LIBS在中国未来发展的机遇和挑战，提出了中国在 LIBS 技术进步和大规模应用的潜在方向。中国矿业大学 周怀春教授《用于燃烧及高温光谱/成像诊断的高精度辐射模型》燃烧等高温辐射对象的光谱／成像诊断是一个越来越受到关注的重要发展方向。周怀春教授研究团队提出了基于蒙特卡洛法的DRESOR法，因其能够获得高方向分辨率辐射强度而成为高温辐射图像分析重要方法之一。同时，该团队进一步提出了辐射计算模型精度的定量评价指标和方法，分别针对蒙特卡洛法和DESOR法，提出了提高其计算精度的方法，特别是证明了改进后的DRESOR法全面优于蒙特卡洛法，为进一步提高燃烧及高温辐射光谱／成像诊断技术的性能奠定了良好基础。北京邮电大学 夏安东教授《复杂分子体系的溶剂化相关的激发态过程的探测和调控》夏安东教授在报告中介绍了课题组长期以来针对复杂分子激发态溶剂化动力学过程复杂且无法直接探测的相关技术和科学问题，发展的多种表征激发态溶剂化动力学的超快光谱技术的原理和方法。他重点介绍采用激发态受激调控（基于受激亏蚀原理）的策略实现了激发态关键中间态的溶剂化过程和关键中间"暗态"的直接探测和表征，激发态溶剂化演化动力学过程中的速率常数和溶剂化相关的结构变化动力学的同时探测等。中国海洋大学 郑荣儿教授《深海 LIBS：何去何从？》随着我国自主研发的深潜器和观测平台技术的发展和进步，如何提升深潜器的作业能力、如何借助于这些平台获得有突破性的科学成果，成为海洋技术领域关注的焦点。郑荣儿教授的报告从“LIBS for Sea or Sea for LIBS ”的讨论出发，对水下 LIBS 探测技术研究和器件研发的历史沿革和发展现状进行介绍。同时，围绕海洋资源探测的战略需求，郑荣儿教授对深海原位LIBS探测技术的未来发展方向和潜在应用“何去何从”进行了探讨。上海理工大学蔡小舒教授 主持大会报告西北师范大学董晨钟教授 主持大会报告此外，本次会议还得到多家仪器企业的支持，并在会议期间分享、展示了他们最新的产品、技术及应用解决方案。展示交流现场

在科技飞速发展的时代，仪器研发正经历深刻变革。传统研发过程耗费大量时间、人力和资源，而生成式AI和模拟工具的引入，正在改变这一局面。生成式AI通过学习大量设计数据，迅速生成多种创新设计选项，不仅节省设计时间，还能在早期发现潜在问题，减少后期修改。无论是外观设计、功能布局还是材料选择，生成式AI都以超高速度和精度完成任务。确定设计方案后，模拟工具可以快速将其转化为可行产品。研发人员在虚拟环境中测试设计的可行性，从物理特性到操作性能，再到耐用性和安全性，模拟工具可以在制造前完成所有验证，降低研发成本，加快产品上市速度。当生成式AI与模拟工具结合，研发效率大幅提升。生成式AI提供多样设计选择，模拟工具帮助筛选最优方案。两者协同工作，使从创意到产品的全过程更加流畅，缩短研发周期，提升创新频率。生成式AI和模拟工具的结合，正改变仪器研发的规则，为企业带来前所未有的竞争优势。未来，随着技术进步，仪器研发将更加智能化和自动化，推动行业迈向新高峰。　　在创新型仪器的研发过程中，涉及多个关键阶段，如设计与优化、原型制造以及设计验证测试（DVT）。每个阶段都至关重要，帮助研发团队从概念到产品的完整开发流程得以实现。分析维度内容 设计思路 以用户需求和市场需求为导向，结合前沿技术，提出创新型设计理念。 概念设计 通过头脑风暴、市场调研和用户反馈，确定仪器的功能、外观、材料等初步设计方案。 详细设计 使用CAD软件（如SolidWorks、AutoCAD）进行详细的结构设计、组件选型和系统布局。 性能优化 通过仿真与模拟（如热力学、流体力学、结构力学分析）优化设计，提高仪器性能和可靠性。 可制造性优化 考虑生产过程中的制造成本、装配便捷性、可维护性，优化设计以提高生产效率并降低成本。　　在设计与优化阶段，研发人员基于用户需求和市场需求，结合前沿技术，提出了创新型设计理念。首先，研发团队通过头脑风暴、市场调研和用户反馈，确定仪器的功能、外观和材料的初步设计方案。接着，他们使用CAD软件（如SolidWorks和AutoCAD）进行详细的结构设计，定义零部件的精确尺寸和位置，确保所有组件的装配和互操作性。通过有限元分析（FEA）进行结构强度与应力分析，确保设计的安全性与可靠性。此外，团队还使用仿真工具进行热管理与散热设计，模拟设备内部的热流和温度分布，优化散热结构，以确保设备在安全的温度范围内运行。分析维度内容 原型开发 基于详细设计图纸，制造功能样机，通常使用3D打印、CNC加工或快速原型制造技术。 材料选择 选择适合的材料（如塑料、金属、复合材料）以平衡成本、重量、耐用性和功能需求。 部件制造与装配 制造和装配各个部件，构建完整的原型仪器，测试各个组件的互操作性。 功能测试 对原型进行初步的功能测试，确保仪器的基本功能符合设计预期，如电气测试、机械测试等。　　原型制造阶段开始时，研发团队基于详细的设计图纸制造功能样机，这通常采用3D打印、CNC加工或其他快速原型制造技术。在这一过程中，他们仔细选择适合的材料，以平衡成本、重量、耐用性和功能需求。随后，团队制造和装配各个部件，构建完整的原型仪器，并对其进行初步的功能测试，以确保仪器的基本功能符合设计预期，包括电气和机械测试。分析维度内容 测试规划 制定详细的测试计划，包括测试目的、测试标准、测试方法和测试工具的选择。 环境测试 在极端环境条件下（如温度、湿度、震动）测试仪器的稳定性和耐用性，验证其是否能在实际工作环境中可靠运行。 性能测试测试仪器的关键性能指标（如精度、速度、灵敏度），确保其达到或超出设计要求。 安全测试 进行电气安全、机械安全、软件安全等方面的测试，确保仪器在操作中不会对用户和环境造成危害。 合规测试 确保仪器符合相关行业标准和法规（如ISO、CE、FDA等），获取必要的认证和许可。 测试结果分析 收集和分析测试数据，评估仪器的性能和质量，识别并解决设计中的潜在问题。 设计迭代与优化 根据DVT测试结果进行设计优化，修正问题，进行设计迭代，并在必要时制造新的原型进行重新测试。　　设计验证测试（DVT）阶段是确保产品质量的关键。首先，团队制定详细的测试计划，明确测试目的、标准、方法和工具选择。在极端环境条件下（如温度、湿度、震动），对仪器进行环境测试，以验证其稳定性和耐用性。此外，团队还会进行性能测试，确保仪器的关键性能指标（如精度、速度、灵敏度）达到或超出设计要求。为了保证安全，团队还进行电气、机械和软件安全测试，确保仪器在操作中不会对用户和环境造成危害。最后，合规测试确保仪器符合相关行业标准和法规，获取必要的认证和许可。测试结果分析后，团队会根据DVT测试结果进行设计优化，修正问题，并在必要时制造新的原型进行重新测试。分析维度内容 定型设计 经过多次迭代和优化，最终确定设计方案，为批量生产做准备。 生产工艺确定 确定量产过程中使用的生产工艺、设备和流程，确保产品的一致性和质量稳定性。 生产验证 通过试生产验证生产线的可靠性，确保产品质量满足量产要求。 市场反馈收集 初期产品投放市场后，收集用户反馈，进行必要的产品改进和升级。　　在最终定型与量产准备阶段，经过多次迭代和优化后，研发团队最终确定设计方案，为批量生产做准备。这包括确定量产过程中使用的生产工艺、设备和流程，确保产品的一致性和质量稳定性。在试生产阶段，团队验证生产线的可靠性，以确保产品质量满足量产要求。最后，在产品投放市场后，团队还会收集用户反馈，进行必要的产品改进和升级。设计步骤关键任务详细内容1. 结构设计 概念建模 创建初步的3D模型 根据设计需求，建立设备的初步3D模型，定义整体外观和结构。 详细结构设计 完成详细的几何建模 设计内部结构，包含零部件的精确尺寸和位置，确保所有组件的装配和互操作性。 强度分析 结构强度与应力分析 通过有限元分析（FEA）评估结构的应力分布，确保结构的安全性与可靠性。 热管理设计 热管理与散热设计 模拟设备内部的热流和散热情况，优化散热孔布局和冷却系统。2. 组件选型 电子元件选型 电子元器件选择 选择符合设计需求的电源模块、处理器、传感器、连接器等电子元件，并在设计中标注其位置。 机械部件选型 标准机械件选型 选择标准机械部件，如螺钉、螺母、轴承、齿轮等，并集成到设计中。 材料选型 材料选择与应用 根据力学、热学及其他性能要求，选择合适的材料（如铝合金、塑料、复合材料等）。 采购件选型 外购件选型 选择市场上可采购的标准件或外购件（如显示屏、接口模块等），并与制造商对接，确保供应链的可行性。3. 系统布局设计 内部布局设计 内部元件布局优化 根据功能需求和物理空间，优化内部元件的排列，确保结构紧凑、操作便捷及热管理合理。 电气系统布局 电路和布线设计 设计内部电路布局，包括信号线、供电线和地线的位置，确保电气系统的安全和高效运行。 接口与连接设计 接口模块与外部连接设计 设计设备的输入输出接口布局，包括电源接口、数据接口、冷却系统接口等，并确保连接方便、牢固。 人机交互布局 控制面板与用户界面设计 设计用户界面布局，如控制按钮、显示屏的位置，确保用户操作的便捷性和界面的直观性。4. 装配与制造准备 装配设计 装配顺序与工艺流程设计 确定各组件的装配顺序，优化装配流程，减少制造时间和成本，确保装配的可靠性。 制造工艺设计 制造工艺与加工方案 制定加工方案，选择合适的制造工艺（如CNC加工、3D打印），并在设计中考虑制造公差和装配间隙。 设计验证 仿真验证与优化 通过仿真工具验证整个系统的设计，包括结构强度、热管理、振动和冲击测试等，确保设计满足所有技术要求。5. 技术文档与图纸输出 工程图纸生成 工程图纸与BOM表输出 输出详细的2D工程图纸，包括各零部件的尺寸标注、装配关系图、材料清单（BOM）等，供生产和采购使用。 技术文档编制 制造与装配说明文档 编制详细的制造与装配说明文档，包括每个工艺步骤的描述、注意事项、质量控制要求等。 版本管理与修订 设计版本管理与修订 通过PDM系统管理设计文件的版本，跟踪设计变更，确保所有团队成员使用最新的设计文件。　　为了实现这些步骤，研发团队使用多种软件工具支持设计过程。首先，在结构设计中，SolidWorks和AutoCAD被用于初步的3D建模和详细的几何建模，确保设备的整体外观和内部结构合理。随后，通过SolidWorks Simulation进行结构强度与应力分析，确保设计的安全性。此外，团队使用SolidWorks Flow Simulation进行热管理设计，模拟热流和散热情况，以优化散热系统。接下来，组件选型阶段涉及选择电子元件、机械部件和材料，这些选择影响到最终产品的性能和制造成本。团队还会利用AutoCAD Electrical进行电气系统布局设计，确保信号线、供电线和地线的布线合理且高效。在系统布局设计阶段，研发人员优化内部元件的排列，设计设备的接口模块与外部连接，并确保人机交互界面的设计便捷直观。最后，装配与制造准备阶段中，团队通过SolidWorks进行装配设计，确定组件的装配顺序和工艺流程，并通过仿真工具验证整个系统的设计，确保结构强度、热管理、振动和冲击测试结果达到所有技术要求。在工程图纸生成和技术文档编制方面，研发团队使用SolidWorks和AutoCAD输出详细的工程图纸和材料清单（BOM），并编制制造与装配说明文档，确保生产过程的顺利进行。　　整个设计与研发过程不仅依赖于软件工具的支持，还通过多学科优化工具（如ModeFrontier）进行综合性能优化，结合热力学、流体力学和结构力学的仿真结果，确保每次设计迭代都能提升设备的整体性能和可靠性。通过这些详细的步骤和方法，创新型仪器的研发得以高效进行，并最终实现从概念到产品的完整转化。在这一复杂的研发过程中，每个阶段都扮演着至关重要的角色，从设计概念的初步构思到最终的产品定型和量产准备。每一个环节都要求精细的操作和严密的协同，以确保研发过程的顺利推进。在设计与优化阶段，概念建模是研发工作的开端。使用SolidWorks等CAD软件，团队根据设计需求建立初步的3D模型。这一步骤的目标是定义设备的整体外观和结构，以便在后续阶段进行更详细的设计工作。接着，详细结构设计进一步精细化设备内部结构，确保所有零部件的尺寸和位置精确无误，并且组件之间能够顺利装配和互操作。这些工作需要SolidWorks和AutoCAD等软件的支持，以保证设计的准确性和可行性。　　在这个阶段，强度分析也是不可或缺的一部分。通过有限元分析（FEA），研发团队能够评估设计中可能存在的应力分布问题，确保设备的结构在各种工作条件下都能保持安全和稳定。与此同时，热管理设计通过SolidWorks Flow Simulation进行，研发人员模拟设备内部的热流和温度分布，优化散热系统，确保设备在运行过程中能够有效地控制温度。组件选型是研发中的另一关键步骤。团队需要根据设计需求选择适当的电子元件和机械部件，如电源模块、传感器、螺钉、轴承等。这些部件不仅影响到设备的性能，还对生产成本和制造难度产生重要影响。在材料选型过程中，团队必须权衡力学、热学等多方面性能要求，选择最适合的材料，如铝合金、塑料或复合材料。这一过程还涉及外购件的选择，团队需要确保这些外购件与整体设计的兼容性，并与供应商对接，确保供应链的顺畅运作。系统布局设计阶段，研发团队进一步优化设备内部的元件布局，确保结构紧凑、操作便捷，尤其是在涉及热管理的情况下，布局优化显得尤为重要。电气系统布局设计需要特别考虑信号线、供电线和地线的布线位置，以保证电气系统的安全和高效运行。接口与连接设计则专注于设备的输入输出接口布局，确保连接方便、牢固，并满足使用环境的需求。人机交互布局设计通过控制面板和用户界面的合理安排，提升设备的操作便捷性和用户体验。在装配与制造准备阶段，研发团队必须制定装配顺序和工艺流程，确保每个组件能够顺利装配，减少制造时间和成本。通过仿真工具验证整个系统的设计，确保设计满足所有技术要求，如结构强度、热管理、振动和冲击测试等。工程图纸生成是这一阶段的重要任务，团队需要输出详细的2D工程图纸，包括零部件的尺寸标注和装配关系图，这些图纸是生产和采购的基础。技术文档编制也是装配与制造准备阶段的核心工作之一。团队需要编制详细的制造与装配说明文档，描述每个工艺步骤的具体操作、注意事项和质量控制要求。通过版本管理与修订工具，如PDM系统(如SolidWorks PDM)，团队可以管理设计文件的版本，跟踪设计变更，确保所有团队成员使用最新的设计文件。仿真与模拟类型关键任务详细内容热力学分析（SolidWorks Flow Simulation, ANSYS） 热源识别与建模 识别并建模关键热源 确定设备内部发热元件（如处理器、激光器）的热源位置，建立热源模型，分析热量产生与传递路径。 散热设计与优化 散热系统设计与仿真 设计散热方案，如散热片、风扇、液冷系统，模拟热流和温度分布，优化散热结构，确保设备运行温度在安全范围内。 热管理策略优化 热管理系统优化 通过仿真分析设备在不同工作条件下的温度变化，优化热管理策略，如主动冷却、被动散热等，提升设备的可靠性。流体力学分析（ANSYS Fluent, SolidWorks Flow Simulation） 空气流动分析 内部空气流动模拟与优化 模拟设备内部空气流动情况，评估空气流动对散热效果的影响，优化风道设计，确保空气流动的均匀性和效率。 冷却液流动分析 液冷系统流动分析 模拟液冷系统中冷却液的流动情况，分析冷却液在热源处的流动速度和散热效率，优化管路布局和泵的选择。 密封与防护设计 防水防尘设计与验证 模拟设备在湿度、粉尘等恶劣环境下的密封性能，确保设备能够防水防尘，避免外界环境对内部元件的损害。结构力学分析（ANSYS Mechanical, SolidWorks Simulation） 应力应变分析 结构强度与应力分布分析 通过有限元分析（FEA），模拟设备在外力作用下的应力和应变分布，优化结构设计，避免应力集中和结构失效。 振动与冲击分析 振动与冲击响应分析 模拟设备在运输和操作过程中的振动和冲击，优化支撑结构和缓冲材料，确保设备的抗振性和抗冲击性。 疲劳分析与寿命预测 结构疲劳寿命预测 通过疲劳分析，预测设备在长期使用中的疲劳寿命，优化关键部件的设计，延长设备使用寿命，减少故障率。综合优化与迭代（Multidisciplinary Optimization Tools (MDO)） 多学科优化 综合性能优化 结合热力学、流体力学和结构力学分析结果，通过多学科优化工具（MDO）进行综合性能优化，提升设备整体性能。 设计迭代与验证 基于仿真结果的设计迭代 根据仿真结果进行设计修改和迭代，重新验证修改后的设计性能，确保每次迭代都能够提升设备的可靠性和性能。　　在整个研发过程中，仿真与模拟技术为设计优化提供了重要支持。例如，热力学分析通过识别和建模设备内部的关键热源，帮助团队优化散热设计。流体力学分析则用于模拟设备内部空气和冷却液的流动情况，确保散热系统的高效性和设备的密封性能。结构力学分析通过应力应变分析、振动与冲击分析、疲劳分析等手段，评估设备在不同条件下的结构强度和使用寿命，帮助研发团队在设计过程中避免潜在的结构失效。通过多学科优化工具（如ModeFrontier），团队能够将热力学、流体力学和结构力学的仿真结果综合起来，进行全方位的性能优化。这样的多学科优化不仅提高了设备的整体性能，还减少了设计迭代的次数，加快了研发进程。设计迭代是研发过程中的常规步骤。基于仿真和测试结果，团队不断调整设计，修正问题，并通过制造新的原型进行重新测试。这一过程确保了最终产品在各个方面都达到了设计要求和质量标准。最终，在经过多轮设计迭代和验证后，团队最终确定产品设计，进入量产准备阶段。这包括确定生产工艺、设备和流程，以保证产品在批量生产中的一致性和质量稳定性。在试生产阶段，团队会验证生产线的可靠性，确保产品质量符合量产标准。产品投入市场后，团队还会持续收集用户反馈，并根据需要进行产品改进和升级。　　通过这些系统的步骤，创新型仪器的研发得以高效、精准地进行，从而实现从概念到产品的顺利转化。这一过程不仅推动了技术的进步，还为企业带来了显著的竞争优势，帮助其在快速变化的市场中保持领先地位。未来，随着技术的进一步发展，仪器研发将朝着更加智能化和自动化的方向发展，继续推动整个行业迈向新的高峰。　　拓展阅读：　　三代测序技术相关仪器工艺创新概述　　2024站在巨人肩上的仪器研发(附资料)　　2024年基于人工智能的仪器研发思路　　2024年科学仪器供应链及核心零部件分析

默克为您解读《无菌工艺模拟试验指南》时间：2017年7月21日 13:30-14:30 本次课堂针对《无菌工艺模拟试验指南》中相关内容，您可以了解到： 无菌制剂生产工艺及模拟范围 培养基的灭菌与除菌风险 最差条件的选择与干预设计 过往缺陷案例展开分析与讨论我们邀请您共同探讨，加深对无菌工艺模拟试验及指南的理解。相关法规无菌工艺模拟试验，培养基模拟灌装的相关要求GMP附录1 无菌药品 第十章第四十七条 无菌生产工艺验证要求培养基模拟灌装试验首次验证应连续进行3次合格试验。之后每班次半年进行1次，每次至少一批。《无菌工艺模拟试验指南》（无菌制剂）和（无菌原料药）国家食品药品监管总局食品药品审核查验中心组织起草了该指南，结合近年来在无菌药品生产企业GMP认证检查和跟踪检查中发现的无菌工艺模拟试验缺陷情况，以指导和规范无菌药品生产企业开展无菌工艺模拟试验。 日期: 2017年7月21日 下午: 13:30 - 14:30 主讲人: 韩璐璐 默克微生物监控市场部参与该《无菌工艺模拟试验指南》的编写工作，专注于微生物检测的应用与研究，先后就职于制药及医疗器械质量控制行业，从事微生物实验室及厂房设计及验证，质量管理，微生物检测等工作。熟悉食品药品微生物检测，生产过程环境监控，GMP管理。扫描以下二维码，报名赢取精美礼品！根据用户参与课堂的活跃度抽取：一等奖 象印保温杯 3名二等奖 充电宝 6名三等奖 魔方插座 10名根据用户参与课堂的时长抽取：时间达人奖 不倒杯 、笔记本 共30名

近日，西安交通大学材料学院单智伟教授团队与材料创新设计中心团队合作，研究发现数十、甚至百纳米级别的金刚石颗粒可以在远低于钢铁熔点的温度下，以颗粒而非单个原子的形式，自驱动地进入钢铁晶体内部并且持续向内“行走”，最大行程可达数毫米且主体部分始终保持金刚石晶体结构。关于这一发现及其背后的物理机制的文章，以《纳米金刚石颗粒在铁晶体内部中的运动》（“Inward motion of diamond nanoparticles inside an iron crystal”）为题发表在《自然通讯》杂志上。西安交通大学为该工作的第一作者单位和唯一通讯单位，西安交通大学王悦存副教授、王旭东博士、丁俊教授为共同第一作者；西安交通大学单智伟教授和马恩教授为本文通讯作者；为该研究作出重要贡献的还有美国麻省理工学院李巨教授、西安交通大学张伟教授、沈阳理工大学段占强教授、贾春德教授和西安交通大学的梁倍铭硕士、黄龙超博士，范传伟工程师及博士研究生徐伟、刘章、郑芮，硕士研究生左玲玲等。该研究得到了国家自然科学基金委、西安交大青年拔尖人才计划、西安交通大学王宽诚青年学者等项目的支持。钢铁渗碳的历史可以追溯到两千年多年前，其主要过程是：外界碳源（固/液/气）在高温下分解为活性碳原子并逐渐渗入进钢铁，从而使低碳钢工件拥有高碳表面，再经淬火、回火处理，获得高硬度、高耐磨的表面。传统认知中，渗碳所用的碳源必须要先分解成活性碳原子，然后才能在浓度梯度驱动下，以单个原子的形式扩散进入铁晶格并间隙固溶其中，过饱和后以碳化物或石墨的形式析出。然而，进入的碳无法以最理想的强化相——金刚石出现。由此引发了一个科学上的创新思考：金刚石小颗粒有没有可能整体进入钢铁晶体中，并且保留金刚石结构。为验证这一大胆设想，研究团队以金刚石纳米颗粒和高纯铁及低碳钢为对象（图1a, b），利用原位透射电子显微镜对加热过程中金刚石纳米颗粒的运动过程进行实时观察：当表面附着有金刚石颗粒的钢铁被加热到一定温度后，其表面氧化膜首先发生分解，暴露出新鲜的铁原子。然后这些铁原子迅速向上扩散覆盖金刚石颗粒的表面，金刚石颗粒在毛细应力驱动下被快速“吞没”进钢铁基底中。冷却至室温后观察发现：金刚石颗粒不仅能够大量进入到钢铁内部（图1c），并且沉入深度可达到纳米金刚石颗粒自身尺寸的数千倍以上（毫米级）。图1d示意了整个进入过程。结合第一性原理计算、蒙特卡洛模拟及多维度表征，进一步揭示了纳米金刚石颗粒在钢铁晶体内部运动的微观机制：在铁的催化作用下，金刚石颗粒表面发生石墨化并部分溶解，在钢铁基底中及纳米金刚石颗粒周围分别形成长程和局部的碳浓度暨化学势梯度。在与此伴生的铁化学势梯度驱动下，金刚石周围的铁沿着金刚石和铁基底的界面不断上涌并形成一个向下局部应力，“推动”着金刚石向下前进。铁原子在金刚石颗粒表面的石墨层内的界面扩散，恰好为其远程迁移提供了快速通道（铁原子沿此通道向上迁移的速率得以高于铁晶格中碳原子向下运动的速率）。图1 （a）研究中所用的纳米金刚石粉的透射电镜表征；（b）纳米金刚石颗粒进入纯铁基底中的原位扫描观察；（c）纳米金刚石颗粒在铁内部的透射表征；（d）纳米金刚石自驱动进入钢铁基底的全过程及原理示意。由于纳米金刚石具有超高强度、热导率、化学稳定性与低热膨胀系数、低摩擦系数、超高等特点，是一种理想的金属强化粒子。基于上述发现，将纳米金刚石渗入进钢铁材料中，形成钢铁和金刚石的梯度复合材料，有可能大幅改善钢铁的表面性能，如硬度、导热性和耐磨性等。中国是最大的人造金刚石制造国，生产了世界上90%以上的人造金刚石，其中作为副产品的纳米金刚石粉的价格仅为~2000元/公斤。初步估算显示1公斤纳米金刚石粉能处理10吨的钢材（形成mm级的硬化层）。中国的钢铁年产量超过10亿吨，占世界总产量的一半以上，同时，中国也是钢铁的最大使用国，应用需求非常旺盛。该研究为钢铁材料的表面强化提供了新的思路和方法。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48692-5#citeas

大家好，本周为大家介绍一篇本课题组发表在ACS Chem. Biol.上的文章，Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling1。变构调节在自然界中广泛存在，可以用于调控细胞过程。糖原磷酸化酶（GP）是第一个被鉴定出的与变构调节相关的磷酸化蛋白。GP是一个分子量约196kD的同源二聚体蛋白，是糖代谢中重要的组分，也是2型糖尿病及癌症的靶点。AMP结合以及Ser14的磷酸化介导了GP的变构调节，使其构象从非活化的T-state GPb（未磷酸化状态）转变为活化的R-state GPa（磷酸化状态）。即使目前X-射线晶体学法解析出了GP的原子级蛋白结构，但受限于较大分子量，其结构动态性的检测较为困难，因此与GP变构调节相关的结构动态变化过程仍较为模糊。核磁共振（NMR）谱及分子动力学（MD）模拟等是探究蛋白质结构动态性的常用方法，但NMR分析存在分子量上限，且样品消耗量大，MD模拟的时间尺度和力场准确度有限。质谱（MS）法具有快速、灵敏的特点，是蛋白质结构、动态性以及构象变化分析中强有力的一款技术。氢氘交换质谱（HDX-MS）通过监测蛋白骨架酰胺氢原子与溶液中氘的交换来反映蛋白质构象动态性，因此适用于探究由配体、蛋白结合或共价修饰引起的蛋白质构象变化。同时，多个软件实现了由HDX-MS数据计算保护因子（PFs）和吉布斯自由能，从而提取残基水平的蛋白动态性信息。此外，在先前的工作中2, 3，我们整合了native MS和top-down方法（native top-down，nTD-MS技术），成功实现了多个蛋白复合物的一级序列到高阶结构等多方面信息的检测（包括测序、翻译后修饰、配体结合、结构稳定性、朝向等）。整合多种结构质谱法（整合结构质谱法）可以有效填补传统生物物理法中结构到动态性联系中的空缺，更好地表征变构调控现象。本文整合了HDX-MS、nTD-MS、PF分析、MD模拟以及变构信号分析检测了磷酸化介导的GP变构调控的结构和动态性基础，为GP的变构调控过程提供了见解。根据X-射线晶体学结构报道（图1a），T-state GPb转变为R-state GPa时，二聚体界面中N-末端尾部、α2、cap’（图1b）以及tower-tower helices区（图1c）发生了明显的结构重排，导致催化位点开放，从而底物磷酸吡哆醛（PLP）可以结合。尽管有晶体学报道，但与变构调控关联的构象动态性仍有待探寻。图1.（a）磷酸化介导T-state GPb（PDB：8GPB）向R-state GPa（PDB：1GPA）的构象转变；亚基相互作用界面：（b）C端区域和（c）tower-tower helices，GPb为蓝色，GPa为绿色。首先我们通过nTD-MS进行了检测。如图2a、b，谱图中观察到了GPb的单体和二聚体信号，其中二聚体为主要形式；GPa除了单体和二聚体外，谱图中还存在少量四聚体，但仍以二聚体为主要形式。当增加sampling cone（SC）电压时，GPb、GPa保留了其二聚体形式（图2c、d）。随后我们选择离子（29+）并在trap池中进行了碎裂（图2e、f、g、h），谱图低质荷比区GPa的碎片相对峰强度较GPb高，说明GP的二聚体互作界面较为稳定，且GPb亚基结构较GPa稳定。nTD-MS不仅能够探究GPb、GPa的结构差异，也能够为接下来的HDX-MS实验做好前期样品质量检查工作。图2.不同活化条件下GPb、GPa的nTD-MS谱图。（a、b）SC=40V；（c、d）SC=150V；（e、f）SC=150V、trap=100eV；（g，h）SC=150V、trap=200eV。左侧为GPb，右侧为GPa。随后我们进行了HDX-MS实验。图3a中展示了五个时间点的HDX heat map。图3b为通过PyHDX软件计算产生的PF值。其中N-端（1-22）以及tower helix前的loop区域（256-261）的氘代值较高、PF值较低，说明这些区域较为柔性或是结构较为无序。此外我们发现，tower-tower helices（262-276）区域的氘代值较低、PF值较高，表明helices的旋转可能是由前端可塑性铰链区触发的，而非helices本身的变形和重塑引起的，这些发现在晶体结构数据中均有吻合之处。除这两个区域外，GPa和GPb基本保持了稳定的整体结构。而从1μs原子级MD模拟计算得到的均方根波动（RMSF）和溶剂可及表面（SASA）中我们也发现（图3c），这两个区域数据与HDX-MS信息有所吻合，但MD模拟中部分区域未和HDX-MS相吻合的区域可能跟序列覆盖不足相关。图3. （a、d）GPb和GPa在不同标记时间下的氘代热图并映射到结构中（PDB: 1GPA）。（b、e）基于HDX-MS数据计算得到的PF值并映射到晶体结构中。（c、f）MD模拟中RMSF和SASA值并映射到结构中。从氘代差异图（图4a）中可以看出，4个区域呈氘代降低趋势（红色方框），多个区域呈氘代上升趋势（蓝色方框）（GPa-GPb）。而PF差的变化趋势与氘代变化趋势基本一致（图4b）。由数据可知，N-端和tower-tower helices的变化说明磷酸化介导的变构稳定了这两个区域，α1-cap-α2区域的动态性轻微下降。除此之外多个区域（尤其是tower-tower helices序列后的区域）均表现为PF值下降，说明相比于GPb，GPa催化位点附近的区域动态性增强了。接下来我们根据HDX kinetic plot特征将其进行了分类，并详细讨论了所属区域的变化。图4.（a）GPa-GPb HDX-MS的氘代差异图。（b）GPb到GPa PF的变化。 首先是N-端和C-端的变化（图5）。N-端残基1-22表现氘代下降，这说明N-端具有一定可塑性。受N-端区域磷酸化和结构变化影响，C-端区域也产生了一定的变化。此外，残基30-50（cap区）和残基111-117（α4back-loop）区表现氘代下降，而103-109（α4front）表现氘代上升。根据晶体结构推测，cap区和α4back-loop的氘代变化受N-末端变化影响，原有的残基相互作用被打破，形成新的残基间相互作用，同时这两个区域也经历了结构重排，因此表现出较明显的氘代变化。残基88-99（β2-α3）和残基125-141（β3-L-α6）氘代上升。总的来说，磷酸化使得cap′/α2界面互作增强了，同时磷酸化基团和精氨酸残基的静电相互作用是cap区产生变化的主要原因，而α1和α2起到锚定作用，其相对位置基本保持不变。图5.GPb（a）和GPa（b）的N-端和C-端区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 此外，tower-tower helices（α7，残基262-278）区的变化同样值得关注（图6）。250s loop是表面暴露区域，未与其他区域发生接触，其氘代下降可能是因为自身结构的收缩。而肽段262-267和268-274氘代下降提示该区域可能发生了低周转率或强互作的结合反应。280s loop区氘代值上升。这些变化均说明，tower-tower helix的角度的改变不仅影响了二聚体界面结构，而且还影响了其靠近催化位点的周围区域。因此我们结合晶体结构推测，磷酸化和N-端相对位置的改变，使250s loop自身结构收缩，从而打破了Tyr262' -Pro281和Tyr262-Tyr280′之间的相互作用，导致两个亚基的tower helices发生相对滑动，倾斜角度增加。图6.GPb（a）和GPa（b）tower helix区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 最后是催化位点、PLP结合位点和糖原存储位点的变化情况（图7）。催化位点周围多数区域均表现氘代上升趋势。我们推测，随着Pro281、Ile165和Asn133间的相互作用被打破，Arg569与Ile165、Pro281、Asn133间的互作也随之打破，因此催化位点和PLP结合位点周围的残基溶剂可及性上升，局部区域结构变得更为灵活，催化位点开放并转变为活化构象。糖原储存位点位于GP表面，距离催化位点30Å，除了α23（残基699−708）外，HDX-MS在糖原存储区没有观察到明显的变化。图7.GPb（a）和GPa（b）的催化位点和PLP（橙色）结合位点的局部结构和HDX动力学曲线（c）。结合以上所有数据，我们对磷酸化调节的动态机制进行了推测（流程图1）。磷酸化后，N-端尾部残基与acidic patch的互作被打破，也导致N-端尾部的有序化以及C-端尾部的无序化以及伴随的其他结构变化。通过在pSer14和Arg69和Arg43′之间形成新的盐桥，N-端残基被重定位，随之带来的是Asp838和His36′间的盐桥断裂。随着三级和四级结构的转变，250s loop收缩并发挥类似“门环”的作用，当其收缩时，Tyr262′-Pro281与Tyr262-Tyr280′之间的相互作用、276-279区与162-164区之间的氢键也被打破，导致tower helix发生相对滑动，tower-tower helices之间的作用被打破，同时将结构变化传递到催化位点。最后，280s loop和催化位点以及PLP结合位点附近的残基松动，通往催化位点和底物磷酸盐识别位点的通道打开，酶得以活化。流程图1.GP变构调节过程中，被打破（蓝色）或新形成的（红色）关键残基相互作用。 本文整合nTD-MS、HDX-MS、PF分析和MD模拟检测了GP磷酸化变构调节过程的结构和动态基础，通过该整合结构手段揭示了GP构象柔性、局部动态性以及长程变构调控构象变化中值得关注的信息。各个方法具有各自的优势，但也在一定层面存在局限，我们期待将HDX-MS信息与计算模拟信息进行更深度的整合以实现二者对蛋白质结构更精确的分析。撰稿：罗宇翔编辑：李惠琳原文：Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling李惠琳课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/li_huilin参考文献1. Huang, J. Chu, X. Luo, Y. Wang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Li, H., Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics ofGlycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling. ACS Chem. Biol. 2022.2. Li, H. Nguyen, H. H. Ogorzalek Loo, R. R. Campuzano, I. D. G. Loo, J. A., An integrated native mass spectrometry and top-down proteomics method that connects sequence to structure and function of macromolecular complexes. Nat. Chem. 2018, 10 (2), 139-148.3. Li, H. Wongkongkathep, P. Van Orden, S. L. Ogorzalek Loo, R. R. Loo, J. A., Revealing ligand binding sites and quantifying subunit variants of noncovalent protein complexes in a single native top-down FTICR MS experiment. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2014, 25 (12), 2060-8.

各有关单位：根据《中国国际科技促进会标准化工作委员会团体标准管理办法》的有关规定，经中国国际科技促进会标准化工作委员会及相关专家技术审核，现对《水产品中13 种邻苯二甲酸酯单酯的液相色谱-质谱/质谱检测方法》等十项团体标准进行立项，特此公告。1《大丝束碳纤维复丝拉伸性能试验方法》CI20234282《高强度复合材料锚杆及附件》CI20234293《水产品中13 种邻苯二甲酸酯单酯的液相色谱-质谱/质谱检测方法》CI20234304《深海宽频地震成像技术规范》CI20234315《碱性电解水制氢有机无机复合隔膜》CI20234326《钙钛矿电池用镀膜设备技术规范》CI20234337《工程机械用轮胎耐久性测试技术指南》CI20234348《光伏行业智能制造示范工厂评价规范》CI20234359《石英晶体元器件行业绿色工厂评价规范》CI202343610《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》CI2023437请标准起草单位对标准质量严格把关，广泛听取意见，按计划递交标准征求意见稿。为使立项标准的制订更加科学合理，欢迎与立项标准有关的科研、使用、管理单位或专业技术人员参加该项标准的编制工作。如有单位或者个人对标准项目存在异议，请在公告之日起15日内将意见反馈至中国国际科技促进会标准化工作委员会。 地 址：北京市海淀区中关村东路89号恒兴大厦13层F联系人：郑华林 86-10-62652520或13910851718Email ：bzw@ciapst.org传 真：86-10-62652068 中国国际科技促进会标准化工作委员会2023年10月26日关于开展《大丝束碳纤维复丝拉伸性能试验方法》团体标准立项通知.pdf关于开展《高强度复合材料锚杆及附件》团体标准立项通知.pdf关于开展《水产品中13 种邻苯二甲酸酯单酯的液相色谱-质谱质谱检测方法》团体标准立项通知.pdf关于开展《深海宽频地震成像技术规范》团体标准立项通知.pdf关于开展《碱性电解水制氢有机无机复合隔膜》团体标准立项通知.pdf关于开展《钙钛矿电池用镀膜设备技术规范》团体标准立项通知.pdf关于开展《工程机械用轮胎耐久性测试技术指南》团体标准立项通知.pdf关于开展《光伏行业智能制造示范工厂评价规范》团体标准立项通知.pdf关于开展《石英晶体元器件行业绿色工厂评价规范》团体标准立项通知.pdf关于开展《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》团体标准立项通知.pdf

剪切应力模拟器polyshear----模拟液体涂料和油漆的剪切效应在涂装车间或喷涂线上，涂料需从不同口径、不同排布的管道、减压器和泵中输送。此过程中会产生剪切力，这些剪切力可能会导致涂料的降解，变质，粘度和色彩的改变。通过使用德国orontec公司生产的polyshear剪切应力模拟器，可以判断某种涂料原料是否会在输送管道和搅拌中产生问题，降低风险。德国orontec公司制造的polyshear剪切应力模拟器可模拟合理测试时间中的剪切应力。包括与工业环境相关联的涂料管道。剪切应力模拟器polyshear仅使用确定的剪切力元件，装置体积小巧且有优秀的重复性。剪切应力模拟器polyshear客户剪切应力模拟器polyshear广泛运用在涂料，汽车油漆，以及工业喷涂线等领域，发挥出重要的作用。部分客户如下：polyshear剪切应力模拟器工作原理---泵跟剪切应力元件是剪切应力两个重要影响因素油漆在喷漆车间的管道中循环时，会在管道内的各种元件流动，在剪切力的作用下发生粘度和颜色改变，从而造成喷涂时的质量问题。使用剪切应力模拟器，可以重现这过程，为进料检验，产品优化提供快速有效的方法。☞ 泵以活塞泵为例，如下图所示，剪切应力总是发生在重要部位上（直径最小的位置），剪切率可以达到15000 1/s。以齿轮泵为例，如下图所示，剪切应力总是发生在重要部分上（齿轮口边缘），剪切率可以达到10000 1/s。☞ 剪切应力元件德国orontec的剪切应力模拟器中有个重要的剪切应力元件，可以模拟涂料在管道中受到的压力情况，如下图左所示，关闭剪切应力元件上的膜时引起的压力变化。压力的变化会改变流速，如下图右所示，剪切应力元件上膜关闭后，流速为0.12kg/s。剪切应力元件也可以很好的模拟涂料在管道中受到的剪切率，如下图所示，剪切应力元件可以达到大于10000 1/s的剪切率。涂料的颜色受到剪切应力的影响，如下图所示，在泵的作用下，涂料颗粒大小的分布发生了变化，因此模拟涂料在管道中受到的剪切应力，可以帮助客户对进料进行检验。剪切应力模拟器polyshear的基础模块由一个小机动柜组成，只需一个6条的压力线即可运行。喷涂材料充满小罐（1l）后，在泵的作用下通过剪切应力元件流动。其循环流动次数与涂装输送管道有良好的相关性，且相关性已被研究证明。在测试过程中或在测试后，都可以检测样品的粘性和颜色(使用液体涂料色浆测色系统lcm)，由此可得出剪切应力与材料降解的相关性。与此同时，在基础模块上可额外添加额外的配件，例如有自动停功能的循环次数计数器、温度传感器。此外，还有另一型号可测试5升样品，此型号可装在手推车上并可以移到如喷涂机器人等装置上。剪切应力模拟器polyshear特点✔专为实验室研制，机动性强且占用空间小。✔涂料测试量仅为1l✔高重复性与与重现性✔与工业喷涂线有优秀的关联性(例如automotive oem paint shops)✔较短的循环周期✔模块化安装，基础模块可以通过更高级的在线测量传感器扩展✔可实现与模拟软件相结合✔可与lcm液体测色系统实现无缝联接✔德国fraunhofer ifam, bremen开发并获得专利剪切应力模拟器polyshear基础型号内部结构说明剪切应力模拟器polyshear基础型号技术参数材质不锈钢外壳和连接器用于测试观察和控制的玻璃窗尺寸长: 400 mm,宽: 660 mm,高: 640 mm重量约56kg压力锅体积约1 l最大压力输入6 bar最大材料压力21 bar泵比约3.5:1翁开尔是德国ORONTEC中国总代理，欢迎咨询剪切应力模拟器更多产品信息和技术应用

尊敬的老师，您好！ 我们非常真诚的邀请您参加将于2010年8月25日在北京大学化学学院举办的QCM-D(耗散型石英晶体微天平)学术交流会。 届时QCM-D的技术发明人&mdash 瑞典皇家科学院和瑞典皇家工程院院士，瑞典Chalmers University of Technology大学的Bengt Kasemo教授将就QCM-D技术发展及相关研究领域的最新进展给我们做精彩的报告。 我们热切的希望能够给您提供一个与专家和同行交流的平台。 报名方式：您可以回复邮件或者通过电话与李晓明小姐联系，免费报名参会。 联系电话：010-64415767，010-64448295。 邮箱：xmli@honoprof.com **************************************************************************************** 报告人：Bengt Kasemo教授，瑞典Chalmers University of Technology大学。 会议地点：北京大学化学学院，A区717会议室。 会议安排：上午9：00-11：30讲座 下午1：00--仪器演示、问答及讨论 &mdash &mdash 刘锋教授所在实验室为我公司QCM及SPR合作窗口实验室，有四通道石英晶体微天平QCM-D E4与表面等离子体共振分析仪SPR 200供大家参观交流）。 谨上！ 刘 锋 北京大学化学学院 教授 刘 斌 北京正通远恒科技有限公司 总经理 电话：+86 13910834032 李晓明 北京正通远恒科技有限公司 市场专员 电话：010-64415767 转 21 QCM-D学术交流会报名回执（复制有效） 姓名 性别 职称 单位 地址 邮编 电子邮箱 联系电话 传真 住宿要求 单间（ ） 标间（ ） 不住会（ ） 其他要求及建议 关于QCM-D 具有耗散因子检测功能的石英晶体微天平（QCM-D）是Q-Sense公司的专利技术，可提供多个频率和耗散因子数据，用于测定非常薄层的吸附层的质量，并同步提供粘弹性等结构信息。该设备可对多种不同类型表面的分子相互作用和分子吸附进行研究，同时可以检测分子的结构变化以及吸附与解析的动态过程。 这项技术能够覆盖绝大多数生命及生物表面科学研究领域，如蛋白质相互作用、抗原/抗体免疫作用、微生物及细胞表面吸附、靶向药物研究、生物材料表面分析、生物传感器、膜表面吸附/解析、生物膜表面DNA杂交、酶降解、聚电解质单/多层膜的研究、催化/腐蚀、高分子材料的生物相容性、高分子溶涨/结构改变等方面的研究。应用范围包括： 蛋白质相互作用、抗原/抗体免疫作用、微生物及细胞表面吸附、膜表面吸附与解析、生物膜表面DNA的杂交、生物材料表面分析、酶降解、靶向药物、聚电解质单/多层膜、生物传感器、催化、腐蚀、高分子溶涨、结构改变、等特性研究、高分子材料的生物相容性等。 关于北京正通远恒科技有限公司 北京正通远恒科技有限公司是一家经营欧美和日本等国先进科学测试仪器和设备，并将国外先进材料及其技术引进到国内的科技服务型企业。经过十年的发展，公司在北京、上海、广州、成都均设有办事处。 公司的主营仪器包括：分子相互作用分析仪器；表/界面分析测试仪器；薄膜沉积与表征仪器；界面/混凝土流变仪等。 Bengt Kasemo教授简历： Bengt Kasemo教授出生于1942年，1983年开始为瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学教授。 Kasemo教授公开发表了超过390篇科学文献（被引用超过9000次）和15项专利。每年在国际上被邀请作报告5到10次。 Kasemo教授现在领导一个大约40人的研究团队，研究领域集中在表面科学，生物界面/生物材料（医学移植体，生物传感，细胞表面反映），纳米科学与技术，异相催化和可持续性能源研究（汽车尾气处理，光催化，纳米组装模式催化，纳米尺度动力学，蒙特卡洛模拟，燃料电池&hellip &hellip ） Kasemo教授是国际知名的查尔姆斯理工大学催化能力研究中心的创建人，该中心在汽车尾气处理方面有着出色研究，是学术与工业界联合的典范，其成员企业包括Volvo AB, Volvo Personal Cars (Ford), Saab AB (GM), Scania AB 和 Haldor Topsoe A/S等。 Kasemo教授近期的一个新的研究课题是用于可持续性能源和环境的纳米技术，涉及太阳能电池，氢技术，用于环境清洁的光催化等。他曾经领导或者合作领导了多个生物材料与生物界面的国际合作项目，是欧盟EU FP 6 STREP项目Nanocues的统筹人。目前进行中的有四个欧盟项目。 Kasemo教授还是多个国际科学期刊的编委会成员。 Kasemo教授是多个国家科技政策咨询委员会成员和研究基金的董事成员，包括瑞典政府研究咨询委员会。 Kasemo教授是瑞典皇家科学院和瑞典皇家工程院院士，还曾经是瑞典皇家工程院的副主席。他同时是两个组织的能源与环境委员会成员，现在负责一个联合项目来促进两个科学组织之间交流能源问题对社会的影响，其中包括一本新书&mdash 《能源概况》(Aspects on Energy(in Swedish))。 Kasemo教授获得了众多奖项，比如瑞典皇家工程院大金奖，瑞典皇家工程院阿克苏诺贝尔奖，欧洲生物材料协会乔治温特奖。 Kasemo教授拥有15项专利，他曾经创建了4个公司，其中Q-Sense作为Biolin集团的成员依然十分活跃。他曾经分别是Gyros AB, Quartz Pro AB 和Q-Sense AB的董事会成员。Kasemo教授是美国物理协会，美国化学会，美国真空协会和生物材料协会的成员。 Kasemo教授德国马普学会柏林Fritz Haber研究所，瑞士苏黎世理工大学材料科学学院，中国科学院合肥微尺度物质科学国家实验室，丹麦理工大学纳米颗粒功能研究中心，比利时鲁汶大学先进催化科学研究中心，西班牙巴塞罗那Catalonia纳米技术研究所等研究机构的咨询委员会成员。 在2006年Kasemo教授曾经领导一个挪威委员会制定纳米科技的国家战略，其中能源技术被放在了高度的发展位置。曾担任美国真空协会年会副主席（丹佛，2002年11月），美国真空协会表面科学分会选举会员(1999-2002)。担任了5年的沃尔沃研究与教育基金会未来城市交通科学咨询委员会主席。在世界范围内资助城市交通系统的研究项目。

p 　　记者从中国航天科工集团二院207所获悉，首个国内自主研发的用于真空模拟系统中的多波段复合地球模拟器顺利完成交付验收试验，正式投入使用。 /p p 　　207所专家表示，该地球模拟器是国内首个用于真空系统中的多波段复合地球模拟器，也是目前国内最大的地球模拟器，其主要作用是为真空测试环境提供地球背景环境模拟，通过多波段复合方式实现地球辐射特性的模拟。 /p p 　　据介绍，该地球模拟器具有多波段模拟、快速升温、快速降温、精确控温、均匀性和稳定性良好、可长时间持续工作等优势，各项技术指标均处于国内领先水平。 /p p 　　后续，地球模拟器研制团队将在现有地球模拟器的技术基础上，继续攻关，争取形成地球模拟器系列化产品，使地球模拟技术取得更大的发展。 /p

中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、林毅恒等人与中科院量子信息重点实验室罗希望等合作，在拓扑相变量子模拟方面取得重要进展。通过发展高自旋离子阱体系的调控技术，实现了对三重简并拓扑单极子的量子模拟，观测到具有不同拓扑荷的单极子之间的相变，并展示了自旋张量在其中的重要作用。该研究结果于2022年12月14日以“Observation of Spin-Tensor Induced Topological Phase Transitions of Triply Degenerate Points with a Trapped Ion”为题，发表在《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 129, 250501 (2022)] 。 　　拓扑物态是当前物理研究的前沿和主流领域之一，为新材料、新器件的设计带来了新的思路，乃至对我们深入理解宇宙基本粒子的性质都具有重要的意义。2016年，诺贝尔物理学奖便授予了在拓扑物理学方面做出开创性贡献的三位科学家。拓扑源自于数学，指在局部的连续变化下保持不变的整体性质。比如面包圈和茶杯拓扑等价，这是由于他们都有一个穿透的洞，而洞的个数是一个拓扑性质，对应拓扑荷。科学家发现，拓扑在凝聚物质的一些物理特性上也起到关键作用，这些物理特性不依赖样品的细节，完全由系统状态的整体拓扑性质确定。而拓扑相变——具有不同拓扑性质的状态之间的转变——一定是不连续的跃变。例如在一些半金属材料中，能带简并点形成的类似单极子的拓扑结构可以具有不同的拓扑荷，探索他们之间的拓扑相变是目前的前沿研究方向之一。同时，简并点附近的准粒子激发表现出类似基本粒子的行为，探索其拓扑相变对于探索新型粒子也具有重要意义。 　　此项研究针对拓扑相变中的一类重要的费米子——三重简并费米子模型进行实验模拟。该模型对应自旋为1的拓扑单极子，在近期的研究中受到广泛关注。然而，在固体材料体系中，直接观测这种三重简并点的拓扑相变需要复杂的调控，目前难以实现。因此，高度可控的量子模拟器为研究拓扑现象提供了新的途径。这项研究中，通过使用在超高真空环境束缚的铍离子，结合微波、射频等的精准调控，构建多能级的量子体系，可以有效的观测自旋为1的拓扑单极子的行为。通过调控实验参数，研究人员清晰的观测到量子态的拓扑相变，并且提取出高阶自旋张量在其中的贡献(图1所示)。该工作发展出的高度可调控的多能级束缚离子系统，为研究高自旋物理提供了良好的平台，并为进一步研究新奇高阶拓扑简并态以及其他拓扑单极子现象铺平了道路。图1. 自旋为1的拓扑量子模拟实验结果。左图：实验观测到的拓扑相变行为，其中 β-2 对应拓扑荷为2， β-2 对应拓扑荷为0；不同颜色的数据代表拓扑相变中各种分量的贡献，其中黄色数据代表张量部分的贡献，实线为对应的理论预测结果。右图：实验观测张量椭球在拓扑相变点 β≈-2 附近的几何环绕行为。自旋张量椭球在参数空间中特定回路的演化，可以清晰的反应张量对拓扑荷的贡献。研究中使用的离子阱实验系统属于近几年迅速发展起来的高自旋量子模拟器。中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、林毅恒教授带领团队从无到有搭建了实验平台，并成功发展了一系列新型的高自旋操控技术，包括使用动力学去耦将三能级状态相干时间提高一个数量级[Phys. Rev. A. 106, 022412 (2022)]；通过解析模型辅助的形状脉冲，以实现四能级系统的两个近邻跃迁之间的快速普适调控[Phys. Rev. Applied. 18, 034047 (2022)]。上述工作为本文的研究奠定了核心实验基础。中科院量子信息重点实验室罗希望教授、美国德克萨斯大学达拉斯分校张传伟教授为本文的工作提供核心理论支持。 　　审稿人高度评价该工作，指出“...importantly, the spin-tensor-momentum-coupling could be generated for spin-1 systems and induce intriguing quantum phenomena different from spin-1/2 ones. This work is of interest and importance.”(“……重要的是，自旋-张量-动量的耦合可以通过自旋为1的系统生成，导致与自旋1/2不同的有趣的量子现象。这个工作是有意思的和重要的。”) 　　中科院微观磁共振重点实验室博士研究生张梦翔、李岳以及袁新星博士为该论文共同第一作者，杜江峰院士、林毅恒教授和罗希望教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中科院、科技部、安徽省的资助。

6月8日，第一届城市碳达峰碳中和高端战略研讨会暨济南双碳模拟器发布会召开，全国首个城市双碳模拟器——济南双碳模拟器正式发布。据介绍，济南双碳模拟器主要功能包括天空地碳监测多源数据的预处理、碳源汇动态模拟反演、减污降碳协同模拟等功能板块。模拟器的研发以济南市为应用目标，充分考虑了通用性和易移植性，可推广至各级行政区域、河流流域、不同规模的各种类型园区、不同行业或领域，服务各级政府、各行业部门等，使碳排放和碳汇监测、核算、预测预警、调度管理等实现数字化和智能化，实现数字双碳动态管理。目前，济南双碳模拟器的大气二氧化碳模拟和同化反演子模块已经顺利移植到国家超级计算济南中心服务器上并成功运行，开始为济南碳监测试点提供技术支持。城市双碳模拟器将对城市绿色低碳高质量发展提供重要数值模拟技术平台，能为政府碳排放动态调控和产业优化升级管理提供有力科学支撑，为我国众多城市实现碳达峰目标和碳中和愿景保驾护航。济南市科技局党组书记、局长陈西武介绍到，近年来，济南市紧紧围绕“双碳”工作目标，加快推动绿色低碳发展，成功申报国家碳监测评估试点城市，成为全国8个综合试点之一，率先开展了城市大气温室气体监测评估工作，为城市碳监测评估体系建设贡献了“济南案例”。中科院大气所在济南成立齐鲁中科碳中和研究院，为济南市聚集和培养了一批技术创新团队，为济南市碳排放监测和评估提供了技术支撑，特别是此次发布的济南双碳模拟器，必将推动相关绿色科技成果在济南落地转化，为济南市实现“双碳”目标奠定坚实基础。

国际社会通过履行1987年达成的《蒙特利尔议定书》，在全球范围内实现了氟氯化碳（CFCs）和哈龙等消耗臭氧层物质的淘汰，平流层中的臭氧浓度正在逐渐恢复。2018年WMO/UNEP编著的臭氧科学评估报告中指出，中纬度地区和南极的臭氧层将分别在2040年和2060年前后恢复到1980年水平。但是一类未受国际公约管控的短寿命卤代烃延迟臭氧层恢复的影响开始突显，二氯甲烷是其中最主要的物质之一。与CFCs等物质相比，短寿命卤代烃的大气化学反应活性更强，不容易扩散传输至平流层。但南亚和东亚地区存在向平流层快速传输的通路，该地区的短寿命卤代烃排放量及其对臭氧层恢复的影响一直受到广泛关注。 环境学院与多方合作使用自上而下的排放估算研究方法对全球和中国尺度的二氯甲烷排放进行定量，并预测了二氯甲烷持续排放对臭氧层恢复的影响。研究者们利用全球5个AGAGE(Advanced Global Atmospheric Gases Experiment)背景站点的长期观测数据和12个盒子模型，通过数学反演揭示全球二氯甲烷排放的显著增长；同时利用中国气象局气象探测中心9个站点的长期观测数据，采用拉格朗日粒子模式（NAME）的后向轨迹足印，结合贝叶斯推断和马尔可夫蒙特卡洛的数学手段对中国的同期排放进行定量分析，发现过去十年中国二氯甲烷排放增长迅速，其全球占比由约三分之一增长到三分之二。研究认为，如果全球二氯甲烷的排放量按照过去十年的变化趋势进一步增长，可能使南极臭氧洞恢复时间延迟约5-30年。全球和中国二氯甲烷排放量 二氯甲烷是广泛应用的化工产品，控制二氯甲烷排放能有效防范其环境与健康风险。2021年10月，生态环境部将二氯甲烷纳入了《新污染物治理行动方案(征求意见稿)》。研究成果以“Rapid increase in dichloromethane emissions from China inferred through atmospheric observations”为题于2021年12月14日在线发表于《自然通讯》（Nature Communications）。北京大学环境科学与工程学院博士生安民得为论文的第一作者，北京大学胡建信教授、中国气象局气象探测中心姚波研究员和英国布里斯托大学Matthew Rigby教授为文章的共同通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27592-y研究背景：北京大学环境科学与工程学院长期致力于保护臭氧层研究和决策支持。1993年和1999年牵头编制的《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》及其修订版获得国务院批复并实施。团队还研究编写了中国十几个替代淘汰消耗臭氧层物质行业战略和计划，通过履行上述战略和计划淘汰了消耗臭氧层物质5万余吨/年；多名教师参与《蒙特利尔议定书》不同专家委员会工作；团队多次获得奖励，包括国家“保护臭氧层贡献奖”特别金奖、国外“Leadership in ODS Phaseout in Developing Countries”和UNEP多项奖励。

仪器信息网、中国电子显微镜学会（对外名义）联合报道：2022年11月26日，由电镜学会电子显微学报编辑部主办、南方科技大学承办的“2022年全国电子显微学学术年会”在广东省东莞市顺利召开。大会为期三天，采用线下+线上直播方式进行，吸引来自高校院所、企事业单位等电子显微学领域专家学者三千余人次线上线下参会。本届年会线上+线下邀请报告达约500个，是国内电子显微学领域最具影响力的学术盛会。大会线下会场11月26-27日上午进行大会报告，26-27日下午及28日全天同时进行12个不同电镜主题的分会场报告。26日下午，四大仪器技术及应用相关主题分会场线上、线下同步开启，分别是第一分会场——显微学理论、技术与仪器发展，第二分会场——原位电子显微学表征，第六分会场——扫描探针显微学（STM/AFM等），第七分会场——扫描电子显微学表征（含EBSD）。当日，这四大分会场共进行了约40场报告。以下为部分报告集锦，以飨读者。第一分会场：显微学理论、技术与仪器发展现场直击部分报告：报告人：浙江大学 张益旭 博士研究生报告题目：扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器研制进展张益旭博士在报告中汇报了扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器的研制进展。张益旭所在团队通过优化加热丝结构，提高加热效率，从而减少了热电子释放、增加了使用寿命；设计了高温二次电子探测器，改进了闪烁体性能，提高了高温成像能力；实现在1500℃原位高温成像，高温成像分辨率可达40.78nm。报告人：华中科技大学 张智 副教授报告题目：钠离子电池负极材料的原位透射电镜研究尽管钠离子的较大质量和较大半径使得钠离子电池的质量能量密度和体积能量密度无法完全与锂离子电池相媲美，但其在中低速电动交通、多功能储能设备等领域也具有很多应用场景。对此，张智所在团队通过利用原位TEM对钠离子电池负极材料进行了研究。结果表明，在钠化过程中多壁碳纳米管宽度出现非常规的减小、最后断裂。这可能是由于Na+的插层导致MWCNT晶格的坍塌和焦耳热效应导致的碳损失；原位力学实验表明，原始MWCNT具有良好的力学性能，而钠化导致了MWCNT的脆性；原位结果为研究MWCNT在钠离子电池中的失效机制提供了新的见解，并为其未来的应用提供了指导。第二分会场——原位电子显微学表征现场直击部分线上报告：报告人：清华大学 孟繁琦报告题目：原位电镜助力先进功能材料开发——LaCoOx薄膜新奇物性与结构演变研究近年来，钙钛矿型结构材料基于其独特的性能优势已在光催化、太阳能电池与光学热防护方面取得了显著进展，这些材料的有效应用与其微观结构密切相关。钙钛矿中的氧空位已成为物性调控的新自由度。对此，孟繁琦所在团队发现了近室温铁磁绝缘性的LaCoO2.5新相，并研究了应力/热场对LaCoOx氧空位通道取向的调控。孟繁琦在报告中表示，原位实验助力先进功能材料开发让科学变得简单。报告人：郑州大学 王文 副教授报告题目：气-液-固三相反应的原位透射电子显微学研究王文所在团队实现了Au纳米棒的可控刻蚀，系统地揭示了纳米棒刻蚀机制；在液体池中设计固-液-气三相反应，发现当O2纳米气泡与Au纳米棒之间距离小于临界距离时，反应速率迅速提高一个量级以上，结合实验结果与分子动力学模拟在纳米尺度提出三相反应的具体路径；研究了电解水纳米气泡成核位点、生长动力学、脱附临界尺寸、速度；以Au@Ag纳米棒为基底通过“刻蚀-析出” 生长AgCl纳米片，揭示了纳米片生长动力学与反应条件的关系及纳米片最终形貌的影响因素。第六分会场——扫描探针显微学（STM/AFM等）部分报告：报告人：北京航空航天大学 钱建强 教授报告题目：小波变换在多频静电力显微镜动态测量中的应用静电力显微镜(EFM)具有较高的灵敏度和空间分辨率，在新能源材料静电性质的测量中被广泛应用。时间分辨静电力显微镜技术主要用于材料的动态电学性质测量，该技术中常用的泵浦探测方法存在设备装置复杂、成本昂贵、测量存在不确定性等问题。钱建强所在团队采用直接时域测量方法，减小了测量的实现复杂度，通过应用多频激励或者激励悬臂高阶模态的方法实现了EFM多种参数同时测量和时间分辨率的提高，达到了微秒级的时间分辨率，并应用小波变换对测量得到的探针信号进行分析，实现了对材料动态电学性质的提取。通过应用该技术进行仿真实验，实现了对模拟样品电势衰减过程中的动态电势变化和模拟电池放电过程中的离子运动特征时间等性质的测量。报告人：中国科学技术大学 邵翔 教授报告题目：ZnO表面的分子间相互作用 邵翔所在团队利用低温STM研究了多种碳氢、碳水小分子在ZnO(10-10)表面的吸附。较强的吸附物种H20，CO2等往往在表面形成沿[0001]方向取向的一维链式结构。分子的表面一维结构主要由表面局域电荷的特异性分布，以及表面固有偶极场的方向决定。预吸附分子的一维结构通过在表面构筑围栏，或者通过表面介导作用增强弱吸附分子的吸附。表面预吸附物种同时能显著增强金属原子与ZnO表面的作用，进而诱导金属分散成单原子或者尺寸较小的团簇结构，有助于提升金属催化剂的性能。第七分会场——扫描电子显微学表征（含EBSD）现场直击部分报告：报告人：国仪量子（合肥）技术有限公司 曹峰 副总经理报告题目：基于带电粒子追踪与蒙特卡洛方法的低真空SEM电子探测器仿真分析及其在扫描电镜中的应用低真空信号电子探测器主要利用在外加电场作用下信号电子雪崩倍增实现信号放大和探测。国仪量子研发团队计算了低真空信号探测器工作时的的雪崩倍增放电过程。雪崩倍增效应的强弱取决于电场分布、气压大小和电极距离等诸多因素，在报告中所示的几种工程上可实现的工况下计算得出信号电流可放大到30-40倍。实际测试与计算结果呈现出一致性。根据该计算模型，可以对不同工况下的电流放大作用进行预测，从而对低真空条件下的信号探测器的布局和构型设计提供有意义的指导。报告人： 东北大学 石锋 副教授报告题目： 晶界工程改善高氮奥氏体不锈钢应力腐蚀和腐蚀疲劳性能奥氏体不锈钢具有塑性好、韧性好和无磁性等优点。含镍的奥氏体不锈钢却存在镍资源短缺、身体过敏反应和强度低等缺点，而高氮无镍奥氏体不锈钢在成本、力学性能、腐蚀性能、抗氧化性、抗磨损性等方面优势显著。石锋在报告中汇报了其团队通过晶界工程改善高氮奥氏体不锈钢应力腐蚀和腐蚀疲劳性能方面的成果。结果表明，在高氮无镍奥氏体不锈钢中通过合适的形变热处理工艺获得晶粒尺寸相近，但GBE优化参数差异较大的GBE和non-GBE样品；在实验钢中J2或J3型三叉节点可以有效阻碍应力腐蚀和腐蚀疲劳过程中裂纹的沿晶扩展，从而提高了实验用钢的抗晶间应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳性能。微信扫码进入大会官方网站，查看大会详细日程并线上观看会议直播：

该套环境舱主要用于整车高低温存放试验、整车除霜、除雾性能试验、整车冷起动性能试验、整车采暖及制冷性能试验、整车热平衡试验、零部件耐高低温试验等。该产品主要由气候模拟试验室主体、升降温装置、新风/尾排系统、阳光模拟系统、仓内温度采集系统、电气控制系统构成。采用复叠式螺杆压缩机组分布式IO控制系统应用 l 设备可靠性提高l 压缩机使用寿命延长l 动力平衡好，节能环保l 控制系统更加灵活、可靠 一． 主要技术指标1 温度指标温度范围：-40℃～+60℃；温度均匀度：≤±2℃(空载)；温度偏差：≤±2℃(空载)；温度控制精度：≤±0.5℃（无热负荷，稳态）≤±2℃（有热负荷，稳态）升温速度：≥1℃/min（带载，发动机不启动，全程平均）；降温速度：≥0.7℃/min （带载，发动机不启动，全程平均）；负载：汽车，重量≤6吨；依据标准序号试验项目依据标准1汽车起动性能试验方法GB/T12535-20072除霜除雾试验GB11556-20093电机性能试验GB/T 18297-2001（参考）4太阳辐射试验GB /T 2423.24-19955恒定湿热试验方法GB/T2423.3-20066汽车采暖性能要求和试验方法GB/T 12782-20077汽车空调整车性能试验方法QC/T658-2000 创新点：采用复叠式螺杆压缩机组 分布式IO控制系统应用 l 设备可靠性提高 l 压缩机使用寿命延长 l 动力平衡好，节能环保 l 控制系统更加灵活、可靠

2012年12月24日，质检总局在其网站公布了11个国家计量技术法规，详情如下： 　　根据《中华人民共和国计量法》有关规定，现批准JJG154-2012《标准毛细管黏度计检定规程》等11个国家计量技术法规发布实施。 编 号 名 称 批准日期 实施日期 备注 JJG154-2012 标准毛细管黏度计检定规程 2012-12-21 2013-06-21 替代 JJG154-1979 JJG910-2012 摩托车轮偏检测仪检定规程 2012-12-21 2013-06-21 替代 JJG910-1996 JJG936-2012 示差扫描热量计检定规程 2012-12-21 2013-06-21 替代 JJG936-1998 JJF1059.2-2012 用蒙特卡洛法评定测量不确定度技术规范 2012-12-21 2013-06-21 JJF1117.1-2012 化学量测量比对技术规范 2012-12-21 2013-03-21 JJF1380-2012 电容法和电阻法谷物水分测定仪型式评价大纲 2012-12-21 2013-03-21 JJF1381-2012 原棉水分测定仪型式评价大纲 2012-12-21 2013-03-21 JJF1382-2012 荧光分光光度计型式评价大纲 2012-12-21 2013-03-21 JJF1383-2012 便携式血糖分析仪校准规范 2012-12-21 2013-03-21 JJF1384-2012 开口/闭口闪点测定仪校准规范 2012-12-21 2013-03-21 JJF1385-2012 汽油车简易瞬态工况法用流量分析仪校准规范 2012-12-21 2013-03-21

基于量子力学的原子层级模拟计算是材料学中一种直观有效且常用的研究方法，它可以研究材料的空间原子结构、电子结构，以及由此带来的各种宏观物理、化学性质。长期以来，材料计算模拟的发展受到计算尺度的严重制约，例如描述理想周期结构、完美晶格的密度泛函理论仅可求解百原子量级的体系。 　　然而真实的材料体系是不完美并且非常复杂的，材料中存在缺陷、晶畴界、表界面、非晶无序等结构特征，处于非平衡态的材料体系同时具有动力学演化行为，这些复杂体系的特征行为体现在更大的时间和空间尺度，因此需要大尺度的模拟计算才能描述。基于传统物理“规则驱动”的计算技术已难以从理论框架突破尺度限制。 　　针对这一问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队利用并发展了AI+材料计算模拟方法。基于“数据驱动”的AI是从数据和观测值出发，寻找数据之间的特征和关系，从而发现一些定理和规律。AI与科学的结合带来了新的科研范式，给材料计算模拟带来全新的思路和视角。Deep-Potential(DP)是一种具有代表性的AI技术，它运用深度神经网络技术，采用大量小原胞(数十个原子)的密度泛函理论计算数据作为训练集，训练完成的网络可以高效准确地预测出大原胞(最高可计算百万个原子)的总能以及原子受力，从而实现大时间空间尺度(微米/纳秒)的动力学模拟。 　　钟志诚研究员带领研究小组近期开展了一系列DP相关的研究：1)通过研究SrTiO3的结构相变，发现了DP模型具有超高精度，与密度泛函理论计算得到的能量误差可达到meV/atom以内[Phys. Rev. B 105,064104(2022)]；结合DP势函数和位错解析理论，在大尺度下准确描述Cu的位错芯结构以及位错间的长程弹性相互作用[Comput. Mater. Sci. 218，111941 (2023)]。上述两个工作证实了DP在大尺度下的高精度以及描述位错等复杂结构的有效性。2)利用DP，解释了ZrW2O8的负热膨胀现象以及压力诱导的非晶现象[Phys. Rev. B 106, 174101 (2022)]，该工作表明DP势函数能够有效描述复杂动力学行为以及非晶无序结构。3)晶格量子效应对热力学等性质的求解至关重要，而却往往因为其较高的计算成本在模拟计算中往往被忽略。团队以SrTiO3的量子顺电现象为例，提出了结合DP+QTB高效地研究材料中的晶格量子效应方案[Phys. Rev. B 106, 224102 (2022)]。 　　以上工作为未来材料计算模拟研究提供了全新范式，为复杂材料体系的高精度大尺度模拟提供了具体思路。此外，结合AI+材料计算模拟进行大尺度及复杂效应的计算，有望解决一系列复杂材料体系中的微观机制、宏观性能等问题。例如多元体系中的高熵合金、固液界面；机制复杂的摩擦、张力、非晶、表面重构；化学反应的表面吸附、催化、燃烧等问题。 　　以上工作参与者包括中科院宁波材料所博士后何日、邓凤麟，博士研究生吴宏宇，合作者包括南京大学物理学院卢毅教授，西湖大学理学院刘仕教授，深势科技首席科学家张林峰博士。以上工作得到了国家重点研发计划(2021YFA0718900和2022YFA1403000)、国家自然科学基金(11974365和12204496)、中国科学院前沿科学重点研究计划(ZDBS-LY-SLH008)以及王宽诚教育基金(GJTD-2020-11)的支持。图1 (a) 通过密度泛函理论所计算的大量空间构型(约百原子级别)的能量和力；(b)DP训练所得的深度神经网络；(c)和(d)训练好的深度神经网络能应用于预测超胞(约百万原子级别)的能量和受力，其精度和密度泛函理论一致图2 课题组近期各工作。左上：DP势函数的精度展示；右上：DP方法描述位错间对数形式的长程弹性相互作用；左下：ZrW2O8的压力诱导非晶现象；右下：DP+QTB预测的SrTiO3结构相变

ATEC阿泰可四立柱轮胎耦合道路模拟环境舱(带阳光模拟)该套整车试验舱为四通道轮胎耦合道路模拟系统，主要由气候模拟试验室主体、升降温装置、新风换气系统、电气控制系统构成。该系统对用于乘用车结构耐久性、驾驶平顺性测试，以及早期模型评估、车身疲劳、异响BSR、噪声振动NVH、乘坐舒适性等测试。可实施整车高低温静态存放试验、如整车除霜、除雾性能试验、整车冷起动性能试验、整车采暖及制冷性能试验、整车热平衡试验、零部件耐高低温试验等。车辆轮距及轴距调整范围大，且采用自动调节，方便快捷，提高设备运行效率盖板采用隔热材料，隔热效果更好，盖板移动采用自动装置，更加便捷 主要技术指标1 温度指标1. 温度范围：-40℃～+80℃；2. 温度均匀度：≤±2℃(空载)；3. 温度偏差：≤±2℃(空载)；4. 温度控制精度：≤±0.5℃（无热负荷，稳态）≤±2℃（有热负荷，稳态）5. 升温速度：≥1℃/min（全程平均，带车辆，无热负载，出风口测量）；6. 降温速度：≥0.7℃/min（全程平均，带车辆，无热负载，出风口测量）；7. 湿度范围：10 %R.H.～95%R.H.8. 阳光模拟：红外线光谱辐射灯9. 辐射强度：600～1200W/㎡（可调节）10. 辐射区域（长×宽）6000×2500mm11. 垂直移动距离：辐射灯下距离舱底表面2.5～4.2m可调依据标准GB/T 2423.1-2008 试验A：低温试验方法GB/T 2423.2-2008 试验B：高温试验方法GB/T 2423.3-2006 试验Ca：恒定湿热试验GB/T 2423.4-2008 试验Db：交变湿热试验方法1，2QC/T 413-2002、ISO 16750-4《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验》QC/T 413-2002中关于3.11产品耐温度/湿度循环变化性能的要求ISO 16750-4《道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验 第4部分：气候负荷》中5.2温度梯度、5.3.1规定变化率的温度循环、5.6湿热循环、5.7稳态湿热对测试的要求GB /T 2423.24-1995太阳辐射试验IEC60068-2-1：2007 低温试验方法AbIEC60068-2-2：2007 高温试验方法BbIEC60068-2-30：2005 交变湿热试验方法DbIEC60068-2-78：2007 恒定湿热试验方法CabGJB 150.3A-2009 高温试验GJB 150.4A-2009 低温试验GJB 150.9A-2009 湿热试验的试验标准要求 创新点：该套整车试验舱为四通道轮胎耦合道路模拟系统，主要由气候模拟试验室主体、升降温装置、新风换气系统、电气控制系统构成。该系统对用于乘用车结构耐久性、驾驶平顺性测试，以及早期模型评估、车身疲劳、异响BSR、噪声振动NVH、乘坐舒适性等测试。可实施整车高低温静态存放试验、如整车除霜、除雾性能试验、整车冷起动性能试验、整车采暖及制冷性能试验、整车热平衡试验、零部件耐高低温试验等。 车辆轮距及轴距调整范围大，且采用自动调节，方便快捷，提高设备运行效率 盖板采用隔热材料，隔热效果更好，盖板移动采用自动装置，更加便捷