新技術(shù)將太赫茲波放大3萬(wàn)多倍有望推動(dòng)6G通信變革

科技日?qǐng)?bào)2023 年12 月26 日?qǐng)?bào)道，韓國(guó)蔚山國(guó)立科技大學(xué)與美國(guó)田納西大學(xué)、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，成功優(yōu)化了專(zhuān)門(mén)用于6G 通信的太赫茲（THz）納米諧振器，將太赫茲電磁波放大3 萬(wàn)倍以上。這一突破有望為6G 通信頻率的商業(yè)化帶來(lái)變革。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《納米快報(bào)》雜志。

以前，即使利用超級(jí)計(jì)算機(jī)處理，設(shè)計(jì)太赫茲納米諧振器也很耗時(shí)。在最新研究中，研究人員利用個(gè)人計(jì)算機(jī)，通過(guò)集成基于物理理論模型的人工智能（AI）學(xué)習(xí)，提高了太赫茲納米諧振器的效率，并通過(guò)一系列太赫茲電磁波傳輸實(shí)驗(yàn)，對(duì)新開(kāi)發(fā)的納米諧振器的效率進(jìn)行了評(píng)估。評(píng)估結(jié)果令人震驚：新設(shè)計(jì)出的太赫茲納米諧振器產(chǎn)生的電場(chǎng)是一般電磁波產(chǎn)生電場(chǎng)的3 萬(wàn)倍。而且，與之前報(bào)道的太赫茲納米諧振器相比，新諧振器的效率提高了3 倍。

研究人員解釋道，一般來(lái)說(shuō)，基于AI 的逆向設(shè)計(jì)技術(shù)主要用于在可見(jiàn)光或紅外區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)光學(xué)器件結(jié)構(gòu)，但這些區(qū)域僅為所有波長(zhǎng)的一小部分。將這些技術(shù)應(yīng)用于6G 通信所用的太赫茲頻率范圍（0.075 THz-0.3 THz）面臨極大挑戰(zhàn)，因?yàn)樘掌澋牟ㄩL(zhǎng)要小得多。

鑒于此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新方法，將一種新的太赫茲納米諧振器與基于物理理論模型的AI 逆向設(shè)計(jì)方法相結(jié)合。這種方法能在不到40小時(shí)內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，即使在個(gè)人計(jì)算機(jī)上也是如此。而此前，科學(xué)家進(jìn)行一次此類(lèi)模擬需要數(shù)十小時(shí)，對(duì)設(shè)備優(yōu)化一次可能需要數(shù)百年。

研究人員強(qiáng)調(diào)，優(yōu)化后的納米諧振器有望對(duì)超精密探測(cè)器、超小分子探測(cè)傳感器和熱輻射計(jì)等設(shè)備產(chǎn)生重大影響。而且，這項(xiàng)研究中使用的方法不僅限于特定的納米結(jié)構(gòu)，還可擴(kuò)展到使用不同波長(zhǎng)或結(jié)構(gòu)的物理理論模型的研究。

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首個(gè)由石墨烯制成的功能半導(dǎo)體問(wèn)世電子遷移率是硅的10倍

科技日?qǐng)?bào)2024 年1 月5 日?qǐng)?bào)道，中國(guó)天津大學(xué)和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院研究人員創(chuàng)造了世界上第一個(gè)由石墨烯制成的功能半導(dǎo)體。該項(xiàng)突破為開(kāi)發(fā)全新電子產(chǎn)品打開(kāi)了大門(mén)。研究成果于2024 年1月3日發(fā)表在《自然》雜志。

石墨烯是由已知最強(qiáng)的鍵連接在一起的單片碳原子。半導(dǎo)體是在特定條件下導(dǎo)電的材料，是電子設(shè)備的基本組件。石墨烯電子學(xué)中長(zhǎng)期存在的問(wèn)題是石墨烯沒(méi)有合適的帶隙，并且無(wú)法以正確的比率打開(kāi)和關(guān)閉。多年來(lái)，許多人嘗試用各種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。最新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了帶隙，這是開(kāi)發(fā)基于石墨烯的電子產(chǎn)品的關(guān)鍵一步。

研究團(tuán)隊(duì)在使用特殊熔爐在碳化硅晶圓上生長(zhǎng)石墨烯時(shí)取得了突破。他們生產(chǎn)了外延石墨烯，這是在碳化硅晶面上生長(zhǎng)的單層。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制造得當(dāng)時(shí)，外延石墨烯會(huì)與碳化硅發(fā)生化學(xué)鍵合，并開(kāi)始表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。

但要制造功能性晶體管，必須對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行大量操作，這可能會(huì)損害其性能。為了證明他們的平臺(tái)可作為可行的半導(dǎo)體發(fā)揮作用，該團(tuán)隊(duì)需要在不損壞它的情況下測(cè)量其電子特性。

他們將原子放在石墨烯上，利用摻雜技術(shù)向系統(tǒng)“捐贈(zèng)”電子，用于查看該材料是否是良好的導(dǎo)體。測(cè)量表明，他們的石墨烯半導(dǎo)體的遷移率是硅的10 倍。換句話說(shuō)，電子以非常低的阻力移動(dòng)，這在電子學(xué)中意味著更快地計(jì)算。研究人員表示，這就像在碎石路上行駛與在高速公路上行駛一樣。它效率更高，升溫幅度不大，并且速度更高，因此電子可移動(dòng)得更快。

新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品是目前唯一具有用于納米電子學(xué)的所有必要特性的二維半導(dǎo)體，其電學(xué)特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前正在開(kāi)發(fā)的任何其他二維半導(dǎo)體。

研究人員表示，外延石墨烯可能會(huì)引起電子領(lǐng)域的范式轉(zhuǎn)變，并導(dǎo)致利用其獨(dú)特特性的全新技術(shù)。該材料允許利用電子的量子力學(xué)波特性，從而滿足量子計(jì)算的要求。

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世界首臺(tái)聚合物燃燒過(guò)程實(shí)時(shí)在線分析儀通過(guò)鑒定

科技日?qǐng)?bào)2023 年12 月22 日?qǐng)?bào)道，四川大學(xué)完成的“聚合物燃燒過(guò)程實(shí)時(shí)在線分析儀器與系統(tǒng)”項(xiàng)目日前通過(guò)成果鑒定。這是世界首臺(tái)（套）能同時(shí)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與分析聚合物阻燃性能、真實(shí)燃燒行為與阻燃機(jī)理的科研儀器。

有機(jī)高分子材料目前正廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活。與金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料相比，有機(jī)高分子材料具有易燃性，易引發(fā)火災(zāi)。賦予有機(jī)高分子材料阻燃性，是從源頭上解決易燃高分子材料引發(fā)火災(zāi)的有效措施。但由于缺乏能夠?qū)崟r(shí)在線精確分析聚合物燃燒過(guò)程的儀器，已有阻燃機(jī)理研究?jī)H能在非真實(shí)火環(huán)境下進(jìn)行，不能有效指導(dǎo)阻燃化設(shè)計(jì)。

為此，四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院王玉忠院士團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近40 年，對(duì)高分子材料無(wú)鹵阻燃領(lǐng)域系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出和發(fā)展了阻燃新理論和新方法，并開(kāi)發(fā)出各種無(wú)鹵阻燃高分子材料體系與阻燃技術(shù)。相關(guān)體系與方法已在國(guó)內(nèi)外企業(yè)中得到應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制出的聚合物燃燒過(guò)程實(shí)時(shí)在線分析儀器與系統(tǒng)，能夠科學(xué)表現(xiàn)聚合物真實(shí)燃燒行為，實(shí)時(shí)在線分析聚合物熱釋放、煙釋放、瞬態(tài)自由基、官能團(tuán)、精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、表征燃燒和阻燃性能等，并同時(shí)原位分析燃燒行為和機(jī)理。聚合物燃燒過(guò)程實(shí)時(shí)在線分析儀器與系統(tǒng)的成功研制填補(bǔ)了聚合物燃燒實(shí)時(shí)在線分析檢測(cè)領(lǐng)域的空白。由中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)組織的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)鑒定認(rèn)為，該聚合物燃燒過(guò)程實(shí)時(shí)在線分析儀器與系統(tǒng)技術(shù)水平高、創(chuàng)新性強(qiáng)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，各種性能及功能指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外用于阻燃研究的商品化儀器。

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我國(guó)首套煤層氣提取高純氦氣裝置成功應(yīng)用

科技日?qǐng)?bào)2024 年1 月3 日?qǐng)?bào)道，從中國(guó)煤炭科工集團(tuán)獲悉，該集團(tuán)煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)煤科院）承建的我國(guó)首套含氦煤層氣提取高純氦氣裝置近日成功應(yīng)用，順利產(chǎn)出99.999%以上純度的高純氦氣。這標(biāo)志著我國(guó)完全掌握了含氦煤層氣提氦成套工藝及其工程化技術(shù)。我國(guó)含氦煤層氣提取高純氦氣技術(shù)獲得重要進(jìn)展。

“氦氣是高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一，被稱(chēng)為‘黃金氣體’?！泵嚎圃好夯し衷禾坎牧涎芯克彼L(zhǎng)、項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人郭昊乾介紹，氦氣用途極其廣泛，可應(yīng)用于航空航天、高端醫(yī)療、半導(dǎo)體制造、大科學(xué)裝置等眾多領(lǐng)域。目前，氦氣唯一的工業(yè)化生產(chǎn)方式是從天然氣中提取。

煤科院此次開(kāi)發(fā)的含氦煤層氣提取高純氦氣裝置應(yīng)用于窯街煤電集團(tuán)所屬海石灣煤礦。該煤礦煤層氣屬于我國(guó)極為稀少的含氦煤層氣資源。煤層氣作為一種非常規(guī)天然氣，相較于常規(guī)天然氣，其成分更為復(fù)雜，提取氦氣難度大。而海石灣煤礦煤層氣同時(shí)還含有大量的二氧化碳，分離提氦難上加難。

為解決含氦煤層氣制備高純氦氣難題，自2021 年開(kāi)始，煤科院聯(lián)合窯街煤電集團(tuán)圍繞含氦煤層氣提氦技術(shù)開(kāi)展科研攻關(guān)。郭昊乾介紹，憑借在氣體分離提純領(lǐng)域的技術(shù)積累，煤科院攻關(guān)團(tuán)隊(duì)融合變壓吸附、膜分離等多項(xiàng)氣體分離關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了“變壓吸附+膜分離+精制純化”的煤層氣提氦工藝。

“這種煤層氣提氦工藝不同于天然氣液化提氦，我們攻克了多組分煤層氣變壓吸附脫碳、濃縮、提氦一體化分離關(guān)鍵技術(shù)以及膜分離和高效精制純化耦合關(guān)鍵技術(shù)，提取的氦氣純度最高可達(dá)99.9999%以上，為高純氦氣資源獲取提供了新途徑?！惫磺f(shuō)，不僅如此，提取氦氣后的煤層氣可繼續(xù)用作發(fā)電原料氣，使煤層氣和氦氣資源同時(shí)得到高效利用，為企業(yè)創(chuàng)造了“一舉多得”的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

據(jù)介紹，下一步，煤科院提氦成套工藝技術(shù)將推廣應(yīng)用至常規(guī)天然氣提氦領(lǐng)域，以增加我國(guó)氦氣資源供給途徑，為我國(guó)低溫超導(dǎo)、高溫氣冷堆和大科學(xué)裝置等領(lǐng)域發(fā)展提供資源保障。

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首款國(guó)產(chǎn)甲醇船用發(fā)動(dòng)機(jī)將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

科技日?qǐng)?bào)2023 年12 月22 日?qǐng)?bào)道，記者從中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展集團(tuán)獲悉，該集團(tuán)所屬淄柴動(dòng)力有限公司研發(fā)的甲醇∕柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)日前獲得由中國(guó)船級(jí)社青島分社頒發(fā)的國(guó)內(nèi)首張甲醇∕柴油雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)的型式認(rèn)可證書(shū)和產(chǎn)品證書(shū)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)將應(yīng)用在國(guó)內(nèi)首艘甲醇∕柴油雙燃料萬(wàn)噸級(jí)電力推進(jìn)散貨船上。這標(biāo)志著中國(guó)自主品牌的低碳環(huán)保甲醇船用發(fā)動(dòng)機(jī)將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

“甲醇是國(guó)際公認(rèn)的低碳清潔燃料之一。將其作為船舶動(dòng)力燃料，是助推船舶領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降碳的重要技術(shù)路徑?！弊筒駝?dòng)力有限公司副總經(jīng)理、總工程師辛強(qiáng)之說(shuō)。

據(jù)了解，淄柴動(dòng)力有限公司自2017 年開(kāi)始進(jìn)行甲醇∕柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。該公司通過(guò)與天津大學(xué)等高校院所、相關(guān)零部件配套廠家聯(lián)手，成功自主研發(fā)了國(guó)內(nèi)首款甲醇∕柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸徑180毫米、功率880千瓦，最高柴油替代率可達(dá)76%，平均柴油替代率達(dá)50%以上。

辛強(qiáng)之介紹，這款發(fā)動(dòng)機(jī)采用甲醇∕柴油組合燃燒技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)對(duì)柴油與甲醇的協(xié)同控制，解決甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)難以冷起動(dòng)的難題，可有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有柴油機(jī)最大限度的兼容。

“甲醇在中高速船用發(fā)動(dòng)機(jī)的成功應(yīng)用，可有效提升船舶動(dòng)力燃料的節(jié)能環(huán)保性能，同時(shí)降低船舶動(dòng)力燃料的成本。”辛強(qiáng)之說(shuō)。在減碳方面，與燃燒柴油相比，灰醇可實(shí)現(xiàn)減碳10%以上，綠醇可實(shí)現(xiàn)減碳90%以上。

辛強(qiáng)之表示，甲醇∕柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有非常廣闊的前景，同時(shí)將產(chǎn)生十分顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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我國(guó)第三代超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”上線運(yùn)行

科技日?qǐng)?bào)2024 年1 月6 日?qǐng)?bào)道，中國(guó)第三代自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“本源悟空”在本源量子計(jì)算科技（合肥）股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本源量子）正式上線運(yùn)行。

該量子計(jì)算機(jī)搭載72 位自主超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”，是目前中國(guó)最先進(jìn)的可編程、可交付超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。

超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)是基于超導(dǎo)電路量子芯片的量子計(jì)算機(jī)。國(guó)際上，IBM 與谷歌量子計(jì)算機(jī)均采用超導(dǎo)技術(shù)路線。此次發(fā)布的中國(guó)第三代72 比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)取名“悟空”，來(lái)源于中國(guó)傳統(tǒng)文化中的神話人物孫悟空，寓意如孫悟空般“72變”。

安徽省量子計(jì)算工程研究中心副主任孔偉成介紹稱(chēng)，“本源悟空”匹配了本源第三代量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)“本源天機(jī)”，在國(guó)內(nèi)首次真正落地了量子芯片的批量自動(dòng)化測(cè)試，量子計(jì)算機(jī)的整機(jī)運(yùn)行效率提升了數(shù)十倍。

量子計(jì)算芯片安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任賈志龍介紹說(shuō)，“悟空”搭載的72 位超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”在中國(guó)首條量子芯片生產(chǎn)線上制造，共有198 個(gè)量子比特，其中包含72 個(gè)工作量子比特和126 個(gè)耦合器量子比特。

中國(guó)第三代可交付超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)科研團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任郭國(guó)平說(shuō)，中國(guó)可交付自主超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)雖然取得了一定的進(jìn)展，但是要清醒看到和世界量子計(jì)算強(qiáng)國(guó)間尚有不小差距。我國(guó)基層量子計(jì)算科研團(tuán)隊(duì)唯有通過(guò)一代又一代人的接續(xù)奮斗，繼續(xù)緊緊咬住全球量子計(jì)算科技前沿，才能把量子計(jì)算機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在中國(guó)人自己手里，力爭(zhēng)造出更強(qiáng)中國(guó)人自己的量子計(jì)算機(jī)。

據(jù)了解，本源量子第一代、第二代超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)均已交付中國(guó)用戶(hù)使用。本源量子擁有中國(guó)首條量子芯片生產(chǎn)線、中國(guó)首款量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、中國(guó)首個(gè)量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)。本源量子計(jì)算專(zhuān)利數(shù)排名中國(guó)第一、全球第六。

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中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)院重大科研成果發(fā)表超靈敏軟體微米機(jī)器人問(wèn)世

深圳新聞網(wǎng)2024 年1 月7 日?qǐng)?bào)道，把彈簧結(jié)構(gòu)運(yùn)用到微觀世界中，開(kāi)發(fā)出具備彈性結(jié)構(gòu)的微納器件，是科學(xué)家們長(zhǎng)久以來(lái)的一大構(gòu)想。

2024 年1 月4 日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所副研究員徐海峰團(tuán)隊(duì)的最新研究成果發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用首次構(gòu)建的彈性模量維度4D 納米彈性體光刻策略，制備了迄今最靈敏的人造彈簧系統(tǒng)，探測(cè)靈敏度達(dá)到500 飛牛，實(shí)現(xiàn)了皮牛力下微米級(jí)的形變，并基于此開(kāi)發(fā)出一系列具有超靈敏度的軟體微米機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了高精度細(xì)胞力學(xué)研究及細(xì)胞的無(wú)影響操縱，有望為顯微外科手術(shù)和靶向藥物輸送等精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域提供新方法。

在微觀世界中，一些細(xì)胞和微生物使用生物彈簧來(lái)執(zhí)行力感知、捕食、驅(qū)動(dòng)等動(dòng)作。如果能借鑒微生物和細(xì)胞的超靈敏生物力學(xué)特性，研發(fā)出超靈敏的仿生彈性器件，將有助于進(jìn)行更為精準(zhǔn)的細(xì)胞力學(xué)表征，有望運(yùn)用在精準(zhǔn)醫(yī)療、藥物遞送、科學(xué)研究等領(lǐng)域。

“細(xì)胞力是細(xì)胞在執(zhí)行正常生理功能時(shí)所產(chǎn)生的作用力，包括細(xì)胞的黏附力、遷移力、收縮力、伸展力等，在細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、運(yùn)動(dòng)、損傷修復(fù)等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。感知和探測(cè)細(xì)胞力，是超靈敏仿生彈性器件實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的重要一環(huán)。器件能探測(cè)更低的細(xì)胞力，則說(shuō)明其靈敏度越高?！毙旌７褰榻B。

傳統(tǒng)用于測(cè)算和感知細(xì)胞力學(xué)表征的原子力顯微鏡表征方法、流體力學(xué)計(jì)算等方法都極容易受到干擾，且數(shù)據(jù)差異很大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)細(xì)胞力學(xué)的精準(zhǔn)表征。

對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)想了一種微米級(jí)別的彈性機(jī)器人用以探測(cè)更低的細(xì)胞力，并自主開(kāi)發(fā)了超彈磁性光刻膠，構(gòu)建了彈性模量維度的4D 納米彈性體光刻策略，制備了人造彈簧系統(tǒng)——皮牛彈簧?！霸撓到y(tǒng)具有納米級(jí)的特征尺寸，它的力感知的靈敏度可以達(dá)到500 飛牛，這相當(dāng)于單個(gè)細(xì)胞重力的一千分之一，并且其形變精度超過(guò)1 微米每皮牛?！毙旌７逭f(shuō)。

這一新型皮牛彈簧支持高度自由的4D 光刻加工，可以被定制化加工成任意形狀，同時(shí)完美兼容磁性光刻材料，可用于制備各類(lèi)軟體微米機(jī)器人和柔性微米器件，如用于測(cè)量精子驅(qū)動(dòng)力的微米測(cè)力計(jì)、用于細(xì)胞操縱的微米鑷子及進(jìn)行自驅(qū)動(dòng)的微米企鵝和微米海龜?shù)葯C(jī)器。

（來(lái)源：深圳新聞網(wǎng)）

浙大團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)丙烯、丙烷高純分離

中國(guó)新聞網(wǎng)杭州2023 年12 月15 日?qǐng)?bào)道，記者從浙江大學(xué)獲悉，該校科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型陰離子功能化多孔材料ZU-609，通過(guò)調(diào)控孔口大小和孔腔尺寸，實(shí)現(xiàn)了丙烯、丙烷的精準(zhǔn)篩分與高丙烯擴(kuò)散速率。據(jù)悉，相關(guān)論文于北京時(shí)間2023年12 月15 日以“First Release”形式在線發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》。

丙烯是世界上產(chǎn)量最大的化工品之一，也是重要的基礎(chǔ)化工原料。然而在工業(yè)生產(chǎn)中，因丙烯與丙烷只有兩個(gè)氫原子的差別，且大小也非常接近，很難簡(jiǎn)單分離?！蹲匀弧冯s志曾指出，發(fā)展高效節(jié)能的烯烴∕烷烴分離技術(shù)被譽(yù)為七項(xiàng)可以改變世界的化工分離過(guò)程之一。

基于此，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院、杭州國(guó)際科創(chuàng)中心邢華斌教授、楊立峰研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)始技術(shù)攻關(guān)。

分子篩分是實(shí)現(xiàn)尺寸相似物質(zhì)高選擇性識(shí)別的關(guān)鍵機(jī)理。其基本原理就是僅允許尺寸比吸附劑孔口小的分子進(jìn)入孔道，尺寸大的分子被阻擋。

理論很完美，現(xiàn)實(shí)很殘酷。由于狹窄的孔道會(huì)限制分子在內(nèi)部的擴(kuò)散，分子篩分材料長(zhǎng)期以來(lái)面臨著擴(kuò)散傳質(zhì)差、吸附容量低、脫附難度大等問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響分離效率。

“為了提高烯烴通過(guò)速率，工業(yè)中常用高溫來(lái)‘驅(qū)趕’氣體快點(diǎn)‘跑’?！毙先A斌說(shuō)，但這種方式降低了吸附劑的工作容量，也增加了分離過(guò)程能耗，不利于工業(yè)的大規(guī)模推廣。

如何在有限的空間里實(shí)現(xiàn)物質(zhì)快速傳遞，即化學(xué)工程的“限域擴(kuò)散傳質(zhì)”難題，一直是前沿研究領(lǐng)域。邢華斌說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)室的小瓶小罐里實(shí)現(xiàn)烯烴∕烷烴精準(zhǔn)分離，放到工廠里幾百方幾千方大小的裝置設(shè)備里就不一定管用了，因此讓分離過(guò)程更“快”，是提高化工過(guò)程效率的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用具有重要意義。

由此，浙大科研人員精準(zhǔn)調(diào)控，研發(fā)出快速、高效、低碳的分子篩材料ZU-609。這個(gè)新型分子篩材料通過(guò)對(duì)孔口的精準(zhǔn)控制，僅允許丙烯分子進(jìn)入，阻擋丙烷分子的通過(guò)，達(dá)到快速精準(zhǔn)識(shí)別的效果。

為了讓分離過(guò)程更快速，浙大研究人員采用了“兩頭小中間大”的篩分孔道，在孔道的進(jìn)口和出口分別有“隔離墩”來(lái)阻擋丙烷分子，丙烯進(jìn)入之后，又能在“中間寬”的孔道中快速通過(guò)，擴(kuò)散系數(shù)相比于之前的分子篩材料提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。

“我們研制的新型分子篩，既能夠快速拉住通過(guò)其中的丙烯分子，同時(shí)還能夠快速放手，這為高效低碳分離丙烯奠定了基礎(chǔ)。”楊立峰說(shuō)。

變壓吸附計(jì)算結(jié)果表明，ZU-609 丙烯分離能耗相較于之前報(bào)道的篩分材料顯著降低、丙烯生產(chǎn)效率提高2 倍?！拔覀兊难芯繛槲⒖讛U(kuò)散傳質(zhì)強(qiáng)化這一化學(xué)工程核心問(wèn)題提供了新思路，為低碳分離技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?！毙先A斌介紹，這也有利于超高純電子化學(xué)品的國(guó)產(chǎn)化制備。

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2023 全球工程前沿及全球十大工程成就發(fā)布

2023 年12 月20 日，中國(guó)工程院、科睿唯安、高等教育出版社在北京聯(lián)合發(fā)布《全球工程前沿2023》報(bào)告。當(dāng)天還發(fā)布了由中國(guó)工程院院刊《工程（英文）》評(píng)選的“2023 全球十大工程成就”。

《全球工程前沿2023》報(bào)告由中國(guó)工程院全球工程前沿項(xiàng)目組編制，主要圍繞機(jī)械與運(yùn)載工程，信息與電子工程，化工、冶金與材料工程，能源與礦業(yè)工程，土木、水利與建筑工程，環(huán)境與輕紡工程，農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥衛(wèi)生，工程管理等9 個(gè)領(lǐng)域，研判93項(xiàng)工程研究前沿和94 項(xiàng)工程開(kāi)發(fā)前沿。

報(bào)告指出，2023 全球工程前沿呈現(xiàn)三大特征。其一，新興前沿持續(xù)演進(jìn)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，機(jī)器人、大模型、量子芯片、合成生物學(xué)、泛基因組等新興技術(shù)不斷突破，為全球科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供新動(dòng)能。其二，交叉前沿融合創(chuàng)新，學(xué)科交叉融合持續(xù)推進(jìn)，人工智能、機(jī)器人、可再生能源等新技術(shù)加速向各領(lǐng)域滲透融合，邁向智能化、無(wú)人化、精準(zhǔn)化、低碳化，催生全球科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展新模式。其三，應(yīng)用前沿深入發(fā)展，以應(yīng)用場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)，以解決復(fù)雜問(wèn)題為導(dǎo)向，多目標(biāo)協(xié)同、多維度兼顧，統(tǒng)籌局部與整體、本體和環(huán)境、數(shù)量和質(zhì)量、品質(zhì)和效率，拓展全球科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新格局。

2023 全球十大工程成就經(jīng)由全球征集提名、專(zhuān)家遴選推薦、公眾問(wèn)卷調(diào)查、評(píng)選委員會(huì)審議確定。本次發(fā)布的成就包括：ChatGPT、中國(guó)空間站、百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)、白鶴灘水電站、雙小行星重定向測(cè)試、RTS,S∕AS01 瘧疾疫苗、鴻蒙操作系統(tǒng)、Spot&Atlas 機(jī)器人、鋰離子動(dòng)力電池、無(wú)人駕駛航空器。

本次評(píng)選發(fā)布的全球十大工程成就有三個(gè)特點(diǎn)：一是代表了某一個(gè)或多個(gè)工程科技領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)水平或者重大的原創(chuàng)性突破，能夠引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)進(jìn)步方向。二是通過(guò)技術(shù)整合、系統(tǒng)集成、資源優(yōu)化配置達(dá)成了整體目標(biāo)，呈現(xiàn)出顯著的系統(tǒng)集成創(chuàng)新特色。三是催生新產(chǎn)業(yè)、新動(dòng)能，具有重要的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)價(jià)值，代表新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展方向。

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