【儀表網 行業科普】上新啦！9月份，國內不少高校取得了一系列矚目的成果與突破，儀表網整理了9月部分高校科研成果，速速一睹為快！
 

　　中國科學技術大學
 

　　近期，中國科大蘇州高等研究院仿生界面材料科學全國重點實驗室程群峰教授課題組與中國科學院理化技術研究所李明珠研究員課題組合作在仿生限域組裝及聲學換能器應用研究領域取得重要突破，相關研究成果于9月10日以“Cicada rib-inspired tough films through nanoconfined crystallization for use in acoustic transducers”為題發表在國際期刊《Science Advances》上。
 

　　傳統聚合物、金屬及陶瓷聲學換能器所用薄膜材料往往難以同時具備高強度、高韌性和優良的抗疲勞性能，這一局限性嚴重制約了聲學換能器在高靈敏度響應和長期穩定性方面的表現。因此，開發綜合性能優異、適用于高性能聲學換能器的薄膜材料，仍是當前面臨的重要技術挑戰。針對該問題，本研究解析了蟬發聲器官——蟬肋骨膜的結構與性能關系，并據此仿生制備出可用于聲學換能器的高性能仿生薄膜。
 

　　清華大學
 

　　近日，清華大學材料學院林紅教授團隊合作在鈣鈦礦太陽能電池埋底界面二甲基亞砜(DMSO)殘留去除方面取得重要研究進展。該團隊創新性地提出了一種光響應分子工程策略，將具有光異構化特性的4'-氨基偶氮苯-4-磺酸(AABSA)分子引入SnO?/鈣鈦礦埋底界面。在紫外光激發下，AABSA分子可發生快速、可逆的順反異構轉變，憑借其動態異構運動實現對界面殘留DMSO的高效原位清除，顯著提升了鈣鈦礦薄膜的結晶質量、釋放了殘余拉應力，并優化了電荷傳輸性能。
 

　　團隊通過原位紫外光照UV-vis光譜和超快瞬態吸收光譜分析，證實了AABSA分子具有超快光異構能力。進一步通過液體核磁共振(NMR)等實驗，揭示了AABSA與DMSO之間存在顯著相互作用。理論計算表明，順式AABSA與DMSO的結合能高于反式構型，但仍低于PbI?與DMSO的結合能。這一結合能梯度差異引導順式AABSA優先捕獲DMSO分子，隨后回復為反式構象，將DMSO向上輸送；最終DMSO被上層PbI?捕獲，而反式AABSA恢復為順式構型，完成單次輸送循環。在持續紫外光照射下，AABSA發生高速、可逆的順反異構，驅動DMSO從埋底界面定向、連續向外遷移，直至其被完全清除。
 

　　北京大學
 

　　電子芯片是前沿科技、國計民生和國家安全的基礎保障。隨著高性能計算、人工智能、電力電子和通信雷達等芯片的集成度和功率不斷提高，其發熱密度也不斷攀升，部分芯片平均熱流密度可高達千瓦每平方厘米(kW/cm²)級別，局部熱流密度則更高。發熱問題不僅會導致器件性能衰退、可靠性降低、壽命縮短，同時也帶來顯著的能耗挑戰，比如數據中心的耗電量占全球電力超過1%，其中約40%用于熱管理。
 

　　近日，北京大學力學與工程科學學院能源與資源工程系宋柏研究員團隊以“Jet-enhanced manifold microchannel for cooling electronics up to a heat flux of 3000 W/cm²”為題，于Nature Electronics期刊發表論文，創新性地提出“歧管-微射流-鋸齒微通道”復合嵌入式微流結構，使用單相水作為冷卻液，實現了3000W/cm²的超高熱流密度芯片冷卻，同時將單位面積冷卻功耗降低至0.9W/cm²——相當于每消耗1份電量就可以帶走超過3000份熱量。
 

　　武漢大學
 

　　力學信號是調控細胞行為與功能的關鍵因素，其調控機制核心在于通過力學信號轉導途徑將胞外力學刺激快速轉化為胞內生化信號。然而，現有方法難以在力學刺激動態過程中同步捕獲生化信號。近年來，黃衛華/劉艷玲團隊開發了系列可拉伸電化學傳感器(Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202421684;2024, 63, e202403241;2022, 61, e202203757;ACS Nano,2024, 18, 6176)，它們憑借優異的形變適配能力，為細胞和組織信號分子測量提供了創新技術手段。需要指出的是，這類傳感器主要依賴外接機械驅動裝置施加力學載荷，使得力學加載形式較為局限，也限制了其在體內環境中的潛在應用。
 

　　針對上述挑戰，黃衛華/劉艷玲團隊研制了一種磁響應納米網(MRnM)生物傳感器，MRnM傳感器具有優異的磁響應特性，可在外部磁場作用下實現遠程、可控的機械形變，同時保持優異穩定的電化學檢測性能。研究團隊利用MRnM傳感器實時監測了體外成骨細胞在磁響應形變過程中的一氧化氮釋放，探究了機械敏感離子通道Piezo1介導的力學信號轉導途徑。此外，MRnM傳感器實現了力學刺激誘導一氧化氮的原位實時檢測，為探究復雜生理環境下的力學信號轉導過程提供了有力工具。
 

　　北京量子信息科學研究院
 

　　近日，北京量子信息科學研究院(以下簡稱“量子院”)在中紅外量子級聯激光器片上寬譜調諧技術上取得重大突破，為發展高集成度、低成本的波長調諧技術開辟了新路徑。2025年9月8日，相關研究成果以“On-chip wide tuning of high-power quantum cascade laser based on a vertical-integrated heater”為題在線發表在《APL Photonics》上。
 

　　量子級聯激光器(Quantum cascade laser, QCL)作為一種單極性半導體光源，基于電子在多量子阱導帶子帶間的躍遷，通過對子帶間能級的設計與剪裁，已成為中紅外至太赫茲波段主流的半導體光源，在氣體檢測、醫療診斷、紅外對抗及空間光通信等領域具有重要科學意義和應用價值。
 

　　清華大學
 

　　鈣鈦礦量子點具有成本低、合成工藝簡單、光譜連續可調等多種優勢，近年來備受關注，發展迅猛，器件外量子效率已提高至20%以上。然而，量子點在純化過程中容易產生缺陷，導致離子遷移，因此，鈣鈦礦發光器件的運行穩定性仍然滯后，阻礙了其在高清顯示和精準生物治療領域的進一步發展。
 

　　近日，清華大學化學系馬冬昕、段煉團隊提出了一種晶格匹配的多位點分子錨設計策略，實現了高效穩定的鈣鈦礦量子點發光器件。團隊依據CsPbI3的晶格特性，設計了一系列分子錨來提升量子點的光電性能。典型多位點分子錨TMeOPPO-p中的P=O和-OCH3基團間距為6.5Å，與CsPbI3量子點的晶格間距(6.5Å)相匹配，可提供多位點錨定相互作用，進而穩定晶格并抑制離子遷移。由此制備的量子點表現出高激子復合特性，熒光量子效率高達97%，在器件中表現出優異的電光轉換性能：電致發光峰位于693nm，最大外量子效率26.91%，效率滾降極低，且在初始輻射亮度為190 mW sr−1 m−2(對應于發光峰為525nm鈣鈦礦綠光器件的100 cd m−2)下的工作半衰期為23420小時。
 

　　中國科學技術大學
 

　　傳統的光學識別和編碼主要依賴光的強度和波長，在實際環境中容易受到雜散光和環境光的干擾，存在信息識別準確度下降、編碼容量受限等問題。圓偏振光因其在自然界中無相同背景光源，具有顯著的抗干擾優勢。與傳統光學編碼方法相比，圓偏振光能夠提供偏振態這一更高維度的編碼能力，有效提高信號的清晰度與可靠性。然而，要制備兼具高圓偏振發光性能、穩定性以及可加工性的材料體系，并實現相關應用，仍然是該領域面臨的一個重要挑戰。
 

　　為解決這一問題，中國科學技術大學研究團隊提出了原位固化螺旋組裝策略，結合開發的自動化合成與實時監控平臺，實現了新型手性限域組裝材料的普適制備。該類材料在紫外光誘導聚合后形成穩固的分子螺旋排列微球，展現出優異的手性光學性能和良好的可加工性。研究人員將合成的材料在基質中隨機分布，構筑了一系列偏振光學映射器，用于唯一、可靠的信息識別與認證。結果表明，器件展現出接近理論極限的比特均勻性、唯一性和可靠性，在遠場與近場條件下均能實現穩定識別和信息認證。特別是由于引入了圓偏振發射，其編碼容量較傳統光學映射大幅提升，增強了抵御暴力破解、建模攻擊等外部威脅的能力。
 

　　西安交通大學
 

　　在物聯網(IoT)設備快速普及的背景下，智能電網、工業自動化及城市基礎設施監測等領域對可持續自供能傳感解決方案的需求日益迫切。磁-機-電能量收集器(MME-EHs)因其能夠從現代基礎設施中無處不在的環境雜散磁場中捕獲能量并為物聯網設備供電，被視為最具潛力的技術路徑之一。然而，傳統磁-機-電能量收集器在進一步小型化過程中面臨顯著挑戰：受限于懸臂結構的空間，其磁-機-電耦合效率不足，導致輸出功率與器件尺寸難以平衡，制約了其在眾多空間有限場景中的應用。
 

　　針對上述問題，西安交通大學精密微納制造技術全國重點實驗室、電子科學與工程學院劉明教授團隊提出了一種多耦合優化策略，通過強化磁-機-電耦合機制，顯著提升了小型化磁-機-電能量收集器的輸出功率密度。該策略以理論研究為基礎，構建了兩自由度等效彈簧-質量模型與有限元分析模型，深入揭示了磁機耦合、機械耦合及機電耦合的協同作用機制。
 

　　北京理工大學
 

　　日前，北京理工大學物理學院張向東教授課題組在非厄米拓撲傳感和拓撲電路領域取得重要進展。研究團隊通過周期性驅動、非互易耦合和非線性調制協同作用，首次構造了非厄米Floquet拓撲傳感模型，實現了對動態微擾的超敏傳感(靈敏度隨尺寸指數增長)。該指數增強的傳感能力對結構無序具有魯棒性。在噪聲環境下，傳感信噪比 (SNR) 也隨系統尺寸指數增強。另外，研究團隊設計并制備了非厄米時變拓撲電路，實驗驗證了上述理論預言。相關成果發表于Physical Review Letters 【PRL 135, 106601 (2025)】上，研究工作獲國家重點研發計劃和國家自然科學基金資助。物理學院周小琪博士(2021級)和張蔚暄教授為共同第一作者，張向東教授和張蔚暄教授為通訊作者。
 

　　時變信號的超靈敏探測在無線通信與環境監測等領域具有廣泛應用前景。然而，傳統傳感器因靈敏度、穩定性與噪聲抑制能力間的固有權衡，使其對微弱動態信號的傳感面臨重大挑戰。因此，開展新型傳感理論研究，突破現存傳感指標瓶頸具有重要意義。近期，非厄米物理學領域的突破性進展引起了人們的廣泛關注，其為構造新型傳感理論框架提供了重要途徑。其中，基于非厄米奇異點的傳感模型是人們重點關注的方案之一。然而，其在實際應用時，需要精確的參數控制使系統工作在奇異點處，并且在噪音的影響下信噪比無法提升。近期涌現的非厄米拓撲傳感模型為解決上述問題提供了重要參考。在邊界擾動下，非厄米拓撲態的本征值偏移隨晶格尺寸呈指數增強。并且，這種指數增長的靈敏度受到拓撲帶隙的保護，對結構無序具有魯棒性。該方案已在拓撲電路等人工結構中得到了廣泛的實驗驗證。然而，現有非厄米拓撲傳感模型均局限于靜態構型，難以實現對周期性時變信號的超敏傳感。
 

　　清華大學
 

　　近日，清華大學電子工程系劉仿教授課題組報道了全片上集成的寬譜可調太赫茲切倫科夫輻射(Terahertz Cherenkov radiation)芯片，成功將太赫茲自由電子輻射器件的尺寸壓縮至百微米量級，并實現了寬至3.2-14 THz的連續電調諧范圍。該工作將無閾值切倫科夫輻射頻率拓展至太赫茲頻段，實現了兼顧片上集成和寬譜可調的自由電子太赫茲輻射源，為自由電子太赫茲輻射源的芯片化開辟了途徑。
 

　　切倫科夫輻射是一種當帶電粒子運動速度大于介質中的光速時產生的電磁輻射。2017年，課題組在《自然·光子學》(Nature Photonics)首次報道了無閾值(極低電子能量激發的)切倫科夫輻射。此后，多項理論和實驗研究了紫外至可見光波段無閾值切倫科夫輻射現象和器件，但直接實驗觀察無閾值切倫科夫輻射仍限于可見光-近紅外波段。本研究工作首次將無閾值切倫科夫輻射拓展到太赫茲頻段，觀測到自由電子在寬頻譜范圍產生的太赫茲無閾值切倫科夫輻射現象。
 

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