衍射門控超高速測繪相機(jī)面世速度達(dá)每秒480萬幀成本降低九成

科技日?qǐng)?bào)2023 年9 月18 日?qǐng)?bào)道，要捕捉快速運(yùn)動(dòng)的清晰圖像，比如落下的水滴或分子相互作用，需每秒可采集數(shù)百萬張圖像的超快相機(jī)，這種相機(jī)非常昂貴。在最新發(fā)表于《光學(xué)》雜志的一篇論文中，加拿大科學(xué)家開發(fā)出一種新型相機(jī)，能以更便宜的方式來實(shí)現(xiàn)超快成像，適用于實(shí)時(shí)監(jiān)測藥物輸送、自動(dòng)駕駛的高速激光雷達(dá)系統(tǒng)等多種應(yīng)用。

加拿大國家科學(xué)研究所、康科迪亞大學(xué)和元宇宙平臺(tái)公司聯(lián)合研制的這種新型衍射門控實(shí)時(shí)超高速測繪（DRUM）相機(jī)，可捕獲每秒480 萬幀的單次曝光動(dòng)態(tài)事件。他們通過對(duì)飛秒激光脈沖與生物樣品中的液體相互作用及激光燒蝕的快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行成像，展示了這種能力。

研究人員開發(fā)了一種新的時(shí)間選通方法，稱為時(shí)變光學(xué)衍射。相機(jī)使用門來控制光線何時(shí)照射到傳感器。在時(shí)間選通中，傳感器讀出圖像之前，門會(huì)快速連續(xù)打開和關(guān)閉一定次數(shù)。這會(huì)捕捉一個(gè)場景的高速短片。

考慮到光的時(shí)空二象性，研究人員想出了如何利用光衍射來完成時(shí)間選通。快速改變衍射光柵上周期性面的傾斜角度，可生成沿不同方向傳播的入射光的多個(gè)副本，提供一種掃描不同空間位置以在不同時(shí)間點(diǎn)排除幀的方法。然后可將這些幀組合在一起形成一部超快電影。

研究人員使用數(shù)字微鏡器件以非常規(guī)方式完成了這種類型的掃描衍射門。他們創(chuàng)建了一個(gè)序列深度為7 幀的DRUM 攝像機(jī)，并用它記錄了激光與蒸餾水的相互作用。

新相機(jī)的成像速度和空間分辨率與商用高速相機(jī)相似，但它使用了現(xiàn)成的組件，成本不到當(dāng)今超快相機(jī)的1/10，而超快相機(jī)的起價(jià)接近10 萬美元。

（來源：科技日?qǐng)?bào)）

我國綠氫規(guī)?；瘧?yīng)用實(shí)現(xiàn)零的突破

庫車綠氫示范項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，不僅首次貫通了光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲(chǔ)存、氫氣輸運(yùn)和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復(fù)制、可推廣的示范案例。

2023 年8 月30 日，中國石化宣布，我國規(guī)模最大的光伏發(fā)電直接制綠氫項(xiàng)目——新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目全面建成投產(chǎn)，這標(biāo)志著我國綠氫規(guī)?；I(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)零的突破，也被業(yè)界認(rèn)為是我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)里程碑。

中國石化新星新疆綠氫新能源有限公司總經(jīng)理范林松表示，該項(xiàng)目所用的光伏組件、電解槽、儲(chǔ)氫罐、輸氫管線等重大設(shè)備及核心材料全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，有效促進(jìn)了我國氫能裝備和氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

9 700多畝土地上安裝50多萬塊光伏板氫能被稱為“21 世紀(jì)的終極能源”。國際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調(diào)研報(bào)告》稱，2050 年，全球氫能源需求將增至目前的10 倍，產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。

另據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，至2025 年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到1 萬億元。2050 年，氫能在我國終端能源體系中占比將超10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達(dá)12萬億元。

那么何謂綠氫？根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫的標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)》，氫氣一般分為低碳?xì)洹⑶鍧崥渑c可再生氫，俗稱灰氫、藍(lán)氫和綠氫。

灰氫指的是通過化石燃料（石油、天然氣和煤）制取的氫，在制取過程中碳排放強(qiáng)度相對(duì)較大；藍(lán)氫指的是利用化石燃料制取的氫，同時(shí)配合碳捕捉和碳封存技術(shù)，碳排放強(qiáng)度相對(duì)較低；綠氫指的是利用風(fēng)電、水電、太陽能、核電等可再生能源，通過電解的方式制取的氫，制氫過程完全沒有碳排放。

國際投資銀行高盛集團(tuán)此前發(fā)布的報(bào)告認(rèn)為，綠氫已成為實(shí)現(xiàn)全球凈零排放的關(guān)鍵支柱，有助于減少15%的全球溫室氣體排放，是深度去碳化的最終解決方案。

由光伏電和風(fēng)電構(gòu)成的綠電，是生產(chǎn)綠氫最理想的能量來源。光伏發(fā)電直接制造綠氫，簡單來說，就是將光伏產(chǎn)生的綠電輸送到制氫廠，通過電解槽等核心裝置，以電解水的形式產(chǎn)生氫氣。由此產(chǎn)生的綠氫將被運(yùn)送到煉廠、鋼鐵廠等應(yīng)用端，替代原有的灰氫和藍(lán)氫。

占地9 700 多畝的庫車綠氫示范項(xiàng)目，安裝了50多萬塊光伏板。當(dāng)太陽光照射到光伏板表面時(shí)，受激發(fā)產(chǎn)生的游離電子會(huì)在內(nèi)部電場的作用下定向移動(dòng)，于是形成了電流。

項(xiàng)目作業(yè)團(tuán)隊(duì)通過專業(yè)的輻照計(jì)算軟件測算光伏組件的最佳傾角，確保組件全年接受的太陽輻射最大化，并選擇雙玻璃面板增加太陽光利用率。這些光伏板年發(fā)電量近6 億千瓦時(shí)，平均每天發(fā)電159萬千瓦時(shí)。

隨后，這些綠電將由23.7公里長的輸電線路輸送至綠氫工廠。在制氫車間的52 臺(tái)電解槽中，遠(yuǎn)道而來的綠電將配制好的堿液電解成氫氣和氧氣。氫氣經(jīng)過提純后，將被送往10 個(gè)巨大的球形儲(chǔ)罐，并最終被送往中國石化塔河煉化公司，用于替代過去煉油加工中一直使用的灰氫，實(shí)現(xiàn)煉油產(chǎn)品綠色化。

重大設(shè)備及核心材料全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

“這是綠氫煉化首次實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，對(duì)煉化企業(yè)大規(guī)模利用綠氫實(shí)現(xiàn)碳減排具有重大示范效應(yīng)?！狈读炙杀硎?。

中國石化塔河煉化公司生產(chǎn)管理部副經(jīng)理劉子英則表示，這是第一次把綠氫引入煉油企業(yè)來進(jìn)行加工?！拔覀兊膬商滋烊粴庵茪湎到y(tǒng)最終會(huì)完全停用，每年大概可以減少天然氣使用量2.4萬噸，這是實(shí)現(xiàn)綠色煉油的一個(gè)探索?！?/p>

范林松表示，作為我國首個(gè)規(guī)?；G電制綠氫項(xiàng)目，庫車綠氫示范項(xiàng)目建設(shè)中面臨著工藝技術(shù)新、規(guī)模大、無成熟工程案例可借鑒等難點(diǎn)。

中國石化通過聯(lián)合攻關(guān)、揭榜掛帥等形式，突破性地解決了新能源波動(dòng)電力場景下柔性制氫并連續(xù)穩(wěn)定向下游煉化企業(yè)供應(yīng)難題。

舉例來說，光伏等可再生能源發(fā)電量具有一定的波動(dòng)，如果遇上雨天導(dǎo)致發(fā)電量減少怎么辦？中國石化通過自主開發(fā)綠電制氫配置優(yōu)化軟件，將電控設(shè)備與制氫設(shè)備同步響應(yīng)匹配，實(shí)現(xiàn)了“荷隨源動(dòng)”，大幅提升了設(shè)備對(duì)波動(dòng)的適應(yīng)性。該項(xiàng)目還形成了一套集合預(yù)測光伏發(fā)電、電氫耦合自動(dòng)化控制等的創(chuàng)新性技術(shù)，可根據(jù)光伏發(fā)電情況預(yù)測產(chǎn)氫量和外輸量，實(shí)現(xiàn)氫氣制、儲(chǔ)、輸?shù)淖詣?dòng)計(jì)算和控制。

此外，項(xiàng)目中形成的萬噸級(jí)電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)、綠氫儲(chǔ)運(yùn)工藝技術(shù)、晶閘管整流技術(shù)、智能控制系統(tǒng)研發(fā)等創(chuàng)新成果，均實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。

值得一提的是，范林松說，庫車綠氫項(xiàng)目所用的光伏組件、電解槽、儲(chǔ)氫罐、輸氫管線等重大設(shè)備及核心材料全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，有效促進(jìn)了我國氫能裝備企業(yè)發(fā)展。以電解槽為例，在該項(xiàng)目啟動(dòng)之前，國內(nèi)的1 000 標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)電解槽累計(jì)需求量不到30 臺(tái)，而僅庫車綠氫示范項(xiàng)目就需要52 臺(tái)，有力促進(jìn)了國內(nèi)電解槽產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)。

未來10~15年是綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵階段

庫車綠氫示范項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，不僅首次貫通了光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲(chǔ)存、氫氣輸運(yùn)和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術(shù)，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復(fù)制、可推廣的示范案例。

除了庫車綠氫示范項(xiàng)目外，2023 年2 月，中國石化還啟動(dòng)建設(shè)了鄂爾多斯3 萬噸/年綠氫項(xiàng)目。該項(xiàng)目將通過風(fēng)光耦合所制綠氫就地供應(yīng)中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司生產(chǎn)高端綠色化工材料。

但總體而言，范松林認(rèn)為，綠氫工業(yè)還仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，規(guī)?；I(yè)應(yīng)用主要面臨技術(shù)、成本、應(yīng)用場景不完善等問題。

當(dāng)前主流綠氫技術(shù)路線，主要為堿性水電解制氫技術(shù)（AE）和質(zhì)子交換膜水電解制氫技術(shù)（PEM）。業(yè)內(nèi)人士稱，我國AE 制氫技術(shù)水平與國外相近，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備制造、工藝集成能力。在PEM 制氫技術(shù)方面，我國尚處于研發(fā)走向工業(yè)化的前期階段，電解槽的質(zhì)子交換膜和膜電極等核心技術(shù)和裝備目前主要依賴進(jìn)口。

其中，電解水制氫系統(tǒng)在制氫站總成本中的占比約為80%，且技術(shù)壁壘較高，因此電解槽的成本和技術(shù)的進(jìn)一步革新，是綠氫產(chǎn)能更上一層樓的關(guān)鍵。

業(yè)內(nèi)專家分析，未來10~15 年將是綠氫產(chǎn)業(yè)從培育期走向商業(yè)化初期的關(guān)鍵階段，綠電綠氫一體化生產(chǎn)、氫能基礎(chǔ)設(shè)施和氫基碳中和解決方案等將逐步走向成熟；再用15 年左右時(shí)間，綠氫在主要應(yīng)用領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴稹?/p>

（來源：科技日?qǐng)?bào)）

國內(nèi)首次光伏發(fā)電寬頻阻抗現(xiàn)場實(shí)證成功

記者從中國電科院獲悉，中國電科院新能源中心近日在國網(wǎng)寧夏電力公司的協(xié)助下，于寧夏回族自治區(qū)海原縣第六十六光伏電站，圓滿完成光伏發(fā)電寬頻阻抗現(xiàn)場實(shí)測。這是國內(nèi)首次對(duì)光伏逆變器完成全工況掃頻實(shí)測試驗(yàn)，表明我國對(duì)探索和解決新能源并網(wǎng)寬頻振蕩問題取得新的突破性進(jìn)展。

據(jù)介紹，隨著國內(nèi)新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的快速發(fā)展，寬頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯。阻抗特性分析是新能源寬頻振蕩問題分析與策略驗(yàn)證的有效手段。此次現(xiàn)場實(shí)測的組串式光伏逆變器具有單機(jī)容量小、同一發(fā)電單元內(nèi)多機(jī)耦合強(qiáng)等特點(diǎn)，給阻抗特性實(shí)測提出更大挑戰(zhàn)。

2023 年6 月5 日，寧夏海原縣330 千伏匯集站發(fā)生69 赫茲超同步振蕩。振蕩問題發(fā)生后，中國電科院新能源中心依托可再生能源并網(wǎng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，首先仿真復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場振蕩現(xiàn)象，找出振蕩風(fēng)險(xiǎn)源，提出采用逆變器多參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的阻抗重塑振蕩抑制方法。

在寧夏海原縣第六十六光伏電站，基于自主研制的新能源發(fā)電寬頻阻抗測量裝置，中國電科院新能源中心對(duì)振蕩抑制策略改造前后的光伏逆變器阻抗特性進(jìn)行了寬頻帶（2~1 000 赫茲）、全工況（大功率、中功率、小功率）掃頻實(shí)測試驗(yàn)，證實(shí)現(xiàn)場光伏逆變器振蕩抑制策略優(yōu)化成功。

此次現(xiàn)場實(shí)證試驗(yàn)的成功，為寬頻振蕩問題的分析和解決提供了新思路、新方法、新裝備，為解決沙戈荒、深遠(yuǎn)海等大規(guī)模新能源基地寬頻振蕩問題，提升新能源基地并網(wǎng)穩(wěn)定性及送出能力提供了技術(shù)支撐。

（來源：科技日?qǐng)?bào)）

我國首次約4 000米深海電磁聯(lián)合探測地質(zhì)實(shí)驗(yàn)獲突破

新華社2023 年9 月6 日?qǐng)?bào)道，中國科學(xué)院南海海洋研究所近期與中國地質(zhì)大學(xué)（北京）科研人員合作，在南海中央海盆水深約4 000米處，進(jìn)行了我國第一條跨洋中脊深海人工源電磁與大地電磁聯(lián)合探測剖面的實(shí)驗(yàn)，這標(biāo)志著我國在復(fù)雜的深海地形條件下，大功率人工源電磁探測技術(shù)取得了進(jìn)一步突破。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員孫珍表示，本航次使用的全部是我國科學(xué)家自主研發(fā)的電磁發(fā)射和接收裝備。為了進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目組籌備時(shí)間長達(dá)4年。實(shí)驗(yàn)于2023年7至8月舉行，整個(gè)剖面長度近100 公里，共有16 個(gè)接收測點(diǎn)，取得了質(zhì)量較好的電磁數(shù)據(jù)。

海洋電磁法是一種重要的探測海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。此前，國際上少數(shù)單位具備在深海中開展人工源電磁與大地電磁聯(lián)合探測的成熟技術(shù)和裝備。近20 年，經(jīng)國內(nèi)多家單位研究學(xué)者長期不懈的努力，我國在海底電磁場觀測、大功率人工源電磁發(fā)射、電磁法海上作業(yè)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析與處理等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

“這次探測實(shí)現(xiàn)了用一條地球物理剖面同時(shí)探測淺部地殼和深部地幔電阻率結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，將顯著提升我國利用海洋電磁法探測海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)和資源的實(shí)力?！彪姶怕?lián)合探測航次負(fù)責(zé)人姜峰說。

此次跨洋中脊海洋電磁法聯(lián)合探測作業(yè)由中國科學(xué)院南海海洋研究所地球物理綜合科學(xué)考察船“實(shí)驗(yàn)6”執(zhí)行。

（來源：新華社）

我國科學(xué)家研制出仿生低碳新型建筑材料

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究團(tuán)隊(duì)受自然界中沙塔蠕蟲構(gòu)筑巢穴過程啟發(fā)，在低溫常壓條件下制備了力學(xué)性能優(yōu)異的仿生低碳新型建筑材料，為建筑領(lǐng)域節(jié)能減排提供了新思路。相關(guān)成果于2023 年9 月20 日在國際學(xué)術(shù)期刊《物質(zhì)》在線發(fā)表。

“傳統(tǒng)的水泥基建材，在生產(chǎn)過程中需消耗大量能量，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量碳排放，發(fā)展新型低碳建筑材料具有重要意義?！蔽恼峦ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W(xué)院理化技術(shù)研究所研究員王樹濤說。

據(jù)介紹，近年來國內(nèi)外開展了大量研究工作，嘗試用黏結(jié)劑將沙粒、礦渣等固體顆粒黏結(jié)起來形成天然基建筑材料，然而此類材料強(qiáng)度普遍較低，難以滿足實(shí)際建筑需求。

此項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用仿生策略，設(shè)計(jì)了天然基仿生低碳新型建筑材料?！吧乘湎x可通過分泌復(fù)合有正電性蛋白與負(fù)電性蛋白的黏液，黏結(jié)沙粒構(gòu)筑堅(jiān)固的巢穴。受此啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)引入正電性季銨化殼聚糖與負(fù)電性海藻酸鈉形成仿生黏結(jié)劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類固體顆粒的牢固黏結(jié)?！蔽恼碌谝蛔髡摺⒅袊茖W(xué)院理化技術(shù)研究所博士研究生徐雪濤說。

“這種天然基仿生低碳新型建筑材料的抗壓強(qiáng)度可達(dá)17 兆帕，可達(dá)到常規(guī)建筑材料要求標(biāo)準(zhǔn)?！蓖鯓錆f，這種材料還具有優(yōu)異的抗老化性能、防水性能及獨(dú)特的可循環(huán)利用性能，在低碳建筑領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力。

（來源：新華網(wǎng)）

我國科研團(tuán)隊(duì)在二維高性能浮柵晶體管存儲(chǔ)器方面取得重要進(jìn)展

記者2023 年9 月18 日從華中科技大學(xué)了解到，該校材料成形與模具技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授翟天佑團(tuán)隊(duì)在二維高性能浮柵晶體管存儲(chǔ)器方面取得重要進(jìn)展，研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，與現(xiàn)有商業(yè)閃存器件性能對(duì)比，其擦寫速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能均有提升，為發(fā)展高性能、高密度大容量存儲(chǔ)器件提供了新的思路。

浮柵晶體管作為一種電荷存儲(chǔ)器，是構(gòu)成當(dāng)前大容量固態(tài)存儲(chǔ)器發(fā)展的核心元器件。然而，當(dāng)前商業(yè)閃存內(nèi)硅基浮柵存儲(chǔ)器件所需的擦寫時(shí)間約在10 微秒至1 毫秒范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于計(jì)算單元CPU 納秒級(jí)的數(shù)據(jù)處理速度，且其循環(huán)耐久性約為10 萬次，也難以滿足頻繁的數(shù)據(jù)交互。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)吞吐量的爆發(fā)式增長，發(fā)展一種可兼顧高速、高循環(huán)耐久性的存儲(chǔ)技術(shù)勢在必行。

二維材料具有原子級(jí)厚度和無懸掛鍵表面，在器件集成時(shí)可有效避免窄溝道效應(yīng)和界面態(tài)釘扎等問題，是實(shí)現(xiàn)高密度集成、高性能閃存器件的理想材料。然而，在此前的研究中，其數(shù)據(jù)擦寫速度多異常緩慢，鮮有器件可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和高循環(huán)耐久性。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，翟天佑團(tuán)隊(duì)研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，通過對(duì)傳統(tǒng)金屬-半導(dǎo)體接觸區(qū)域內(nèi)二硫化鉬進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，使其由半導(dǎo)體相（2H）向金屬相（1T）轉(zhuǎn)變，使器件內(nèi)金屬-半導(dǎo)體接觸類型由傳統(tǒng)的3D/2D 面接觸過渡為具有原子級(jí)銳利界面的2D/2D 型邊緣接觸，實(shí)現(xiàn)了擦寫速度在10 納秒至100 納秒、循環(huán)耐久性超過300 萬次的高性能存儲(chǔ)器件。

“通過對(duì)比傳統(tǒng)面接觸電極與新型邊緣接觸，該研究說明了優(yōu)化制備二維浮柵存儲(chǔ)器件內(nèi)金屬-半導(dǎo)體接觸界面對(duì)改善其擦寫速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能有重要作用?！钡蕴煊诱f。

這一成果以《基于相變邊緣接觸的高速、耐久二維浮柵存儲(chǔ)器》為題，于2023 年9 月13 日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》在線發(fā)表。

（來源：新華網(wǎng)）