全球首次！中國團(tuán)隊獲得深海原位固體可燃冰樣品

2023 年9 月29 日，中國工程院院士謝和平團(tuán)隊自主研制的全球首套深海沉積物（可燃冰）保壓保溫取樣/存儲裝備搭載“奮斗者”號萬米載人深潛器完成海試任務(wù)。本次海試實現(xiàn)了深海原位壓力溫度的固體可燃冰樣本主動保壓保溫獲取，實現(xiàn)全球零的突破，有望破解可燃冰資源原位勘探開發(fā)難題，同時也為深海原位保壓保溫科研與工程提供了全新的儀器裝備。

謝和平領(lǐng)銜的深圳大學(xué)、四川大學(xué)團(tuán)隊與金石鉆探（唐山）有限公司團(tuán)隊，基于國家重大科研儀器研制項目“深部巖石原位保真取心與保真測試分析系統(tǒng)”技術(shù)成果，自主拓展研制了全球首套深海沉積物（可燃冰）保壓保溫取樣/存儲裝備。該裝備采用深部原位自觸發(fā)保壓與主動-被動聯(lián)合保溫等技術(shù)手段，保持樣本在取心、轉(zhuǎn)移全過程溫度、壓力與深海原位一致，設(shè)計保壓能力40兆帕、保溫范圍0～20 ℃。2023 年9 月29 日，依托海南省深海技術(shù)創(chuàng)新中心“深海深淵科考與裝備海試共享航次”（TS-36-2），經(jīng)8 小時的深潛作業(yè)，研究團(tuán)隊在1 385 米深海成功獲得保持14.5 兆帕原位壓力、3 ℃原位溫度的固體深海沉積物/可燃冰樣品，攻克了深海沉積物（可燃冰）保壓取樣技術(shù)難題。

“很榮幸能親歷深潛海底，完成這個歷史性時刻?！眻F(tuán)隊成員陳領(lǐng)表示，“此次海試成功獲得了深海原位溫度壓力的固體可燃冰樣本，驗證了我們設(shè)備的保壓保溫技術(shù)原理與工作能力”。

據(jù)悉，謝和平團(tuán)隊長期致力于深部原位保真取心與保真測試技術(shù)裝備研究。早在2022年9月，團(tuán)隊使用該套保壓保溫取心實驗室原理樣機(jī)，曾在南海1 370 米水深區(qū)域獲得保持原位壓力13.8 兆帕、溫度6.51 ℃的流態(tài)可燃冰（二次水合物）樣品。

（來源：中國科學(xué)報）

強(qiáng)力強(qiáng)度獲得迄今最精確測量

據(jù)歐洲核子研究中心（CERN）官網(wǎng)2023年9月25 日報道，在一項最新研究中，大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）上超環(huán)面儀器實驗（ATLAS）合作組使用弱力的電中性載體——Z 玻色子，以創(chuàng)紀(jì)錄的精度（不確定度低于1%）確定了強(qiáng)力的強(qiáng)度。相關(guān)論文已經(jīng)提交《自然·物理學(xué)》雜志。

粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型指出，自然界中存在四種基本力：強(qiáng)力、電磁力、弱力和引力，其中將夸克結(jié)合成質(zhì)子、中子和原子核的強(qiáng)力相同作用最強(qiáng)。強(qiáng)力由膠子攜帶，其強(qiáng)度被稱為強(qiáng)耦合常數(shù)。盡管經(jīng)過多年測量和理論發(fā)展，科學(xué)家們對強(qiáng)耦合常數(shù)的認(rèn)識有所提高，但其值的不確定度仍比其他“同伴”大幾個數(shù)量級。

分析小組成員、CERN 物理學(xué)家斯蒂法諾·卡馬爾達(dá)指出，強(qiáng)力的強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)模型的關(guān)鍵參數(shù)，但其精度目前僅為百分之幾，而比強(qiáng)力弱15 倍的電磁力的精度達(dá)到十億分之一。

為提升強(qiáng)力強(qiáng)度測量的精確度，ATLAS 合作組研究了LHC上碰撞能量為8太電子伏特（TeV）的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞產(chǎn)生的Z玻色子。當(dāng)相互碰撞的質(zhì)子中的兩個夸克湮滅時，通常會產(chǎn)生Z 玻色子。在此過程中，強(qiáng)力通過從湮滅夸克上輻射出的膠子而發(fā)揮作用。這種輻射會賦予Z 玻色子一個橫向動量，其大小取決于強(qiáng)耦合常數(shù)。精確測量Z 玻色子橫向動量的分布，并與理論值進(jìn)行比較，可以確定強(qiáng)耦合常數(shù)。

在最新分析中，研究團(tuán)隊據(jù)此精確測定Z 玻色子質(zhì)量尺度下強(qiáng)耦合常數(shù)為0.118 3±0.000 9，該結(jié)果的相對不確定度僅為0.8%，是迄今單次實驗對強(qiáng)力強(qiáng)度最精確的測量。

研究團(tuán)隊指出，對強(qiáng)耦合常數(shù)進(jìn)行更精確測量具有重要意義。首先，可提升與強(qiáng)力有關(guān)的粒子過程的理論計算精度；其次，有助于解決一些重要的未解之謎。例如，在極高能量下，所有基本力是否強(qiáng)度相同，并由此推斷它們是否擁有潛在的共同來源，以及是否會有未知的相互作用能在某些過程或特定能量下改變強(qiáng)力等。

（來源：科技日報）

高效量子引擎開發(fā)或?qū)⑼苿恿孔痈锩?/h2>

科技日報2023 年9 月27 日報道，日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）、德國凱澤斯勞滕大學(xué)和斯圖加特大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊合作，利用量子力學(xué)原理設(shè)計并制造出一種引擎。這是根據(jù)粒子在極小尺度上遵守的特殊規(guī)則開發(fā)的引擎，它不依賴于傳統(tǒng)的燃料燃燒方式。相關(guān)論文2023 年9 月27 日發(fā)表在《自然》雜志上。

自然界中的所有粒子都可根據(jù)其特殊的量子特性分為玻色子或費米子。在非常低的溫度下，量子效應(yīng)變得非常重要，玻色子的能態(tài)比費米子低，這種能量差可用來為發(fā)動機(jī)提供動力。量子引擎不像傳統(tǒng)引擎那樣周期性地加熱和冷卻氣體，而是通過將玻色子轉(zhuǎn)換為費米子然后再轉(zhuǎn)換回來的方式工作。

OIST 量子系統(tǒng)部門負(fù)責(zé)人托馬斯·布施教授解釋說，要把費米子變成玻色子，可拿出兩個費米子，然后把它們組合成一個分子。這種新分子是玻色子，打破它可再次得到費米子。通過這樣的周期性操作，他們可在不使用熱量的情況下為引擎提供動力。

雖然這種類型的引擎只在量子狀態(tài)下工作，但研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)其效率相當(dāng)高，在實驗裝置中可達(dá)到25%。

這一新引擎是量子力學(xué)領(lǐng)域一項令人興奮的發(fā)展，并有可能在新興的量子技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)一步進(jìn)展。但研究人員表示，盡管這些系統(tǒng)非常高效，目前的研究還只是做了概念驗證，在制造有實用性的量子引擎方面，仍存在許多挑戰(zhàn)。例如，如果溫度太高，熱可能會破壞量子效應(yīng)，因此研究人員必須使系統(tǒng)盡可能地保持低溫。這需要在低溫下用大量的能量進(jìn)行實驗，以保護(hù)敏感的量子態(tài)。

（來源：科技日報）

科學(xué)家利用玻璃造出飛秒激光器

科技日報2023 年9 月27 日報道，商業(yè)飛秒激光器是通過將光學(xué)元件及其安裝座放置在基板上制造的，這需要對光學(xué)器件進(jìn)行嚴(yán)格對準(zhǔn)。那么，是否有可能完全用玻璃制造飛秒激光器？據(jù)最新一期《光學(xué)》雜志報道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家成功做到了這一點，其激光器大小不超過信用卡，且更容易對準(zhǔn)。

研究人員表示，由于玻璃的熱膨脹比傳統(tǒng)基板低，是一種穩(wěn)定的材料，因此他們選擇玻璃作為襯底，并使用商用飛秒激光器在玻璃上蝕刻出特殊的凹槽，以便精確放置激光器的基本組件。即使在微米級的精密制造中，凹槽和部件本身也不夠精確，無法達(dá)到激光質(zhì)量的對準(zhǔn)。換句話說，反射鏡還沒有完全對準(zhǔn)，因此在這個階段，他們的玻璃裝置還不能作為激光器使用。

于是，研究人員進(jìn)一步設(shè)計蝕刻，使一個鏡子位于一個帶有微機(jī)械彎曲的凹槽中，凹槽在飛秒激光照射時局部可扭動鏡子。通過這種方式對準(zhǔn)鏡子后，他們最終創(chuàng)造出穩(wěn)定的、小規(guī)模的飛秒激光器。

盡管尺寸很小，但該激光器的峰值功率約為1千瓦，發(fā)射脈沖的時間不到200 飛秒，這個時間短到光都無法穿過人類的頭發(fā)。

這種通過激光與物質(zhì)相互作用來永久對準(zhǔn)自由空間光學(xué)元件的方法可擴(kuò)展到各種光學(xué)電路，具有低至亞納米級的極端對準(zhǔn)分辨率。

（來源：科技日報）

我國科研團(tuán)隊實現(xiàn)全被動量子密鑰分發(fā)

記者2023 年9 月26 日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊韓正甫、王雙等與合作者提出了一種無需主動調(diào)制的新型量子密鑰分發(fā)實現(xiàn)方案并完成了實驗驗證，為實現(xiàn)高現(xiàn)實安全的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)提供了新思路。該成果于2023 年9 月13日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理學(xué)評論快報》上。

量子密鑰分發(fā)理論上可以實現(xiàn)無條件安全的密鑰共享，但器件特性、調(diào)制精度、環(huán)境干擾等因素有可能造成系統(tǒng)的現(xiàn)實安全性問題。例如，郭光燦團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中廣泛使用的鈮酸鋰主動調(diào)制器件，可能會受到光折變等側(cè)信道攻擊而泄露信息。

為徹底解決主動調(diào)制帶來的隱患，郭光燦研究團(tuán)隊與合作者另辟蹊徑，設(shè)計了無需主動調(diào)制的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)方案克服了此前無法同時實現(xiàn)“被動”光強(qiáng)調(diào)制和量子態(tài)編碼的矛盾，并給出了考慮“有限長效應(yīng)”的嚴(yán)格安全密鑰率。團(tuán)隊通過全被動時間戳—相位編碼解決信道環(huán)境干擾的難題，同時通過優(yōu)化后選擇策略解決數(shù)據(jù)吞吐量過大的難題，最終完成了無需任何主動調(diào)制的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，驗證了全被動量子密鑰分發(fā)的安全性與可行性。

該研究成果為實現(xiàn)高現(xiàn)實安全的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)提供了全新思路，對推動該領(lǐng)域的實用化和標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。

（來源：科技日報）

國內(nèi)最大跨度跨海橋梁完成主塔承臺

2023 年9 月25 日，記者從中國鐵建獲悉，國內(nèi)最大跨度跨海橋梁——寧波舟山港六橫公路大橋二期工程雙嶼門特大橋完成主塔承臺，標(biāo)志著大橋正式進(jìn)入地上主塔承臺施工階段。

雙嶼門特大橋是我國最大跨度跨海橋梁，也是世界最大跨度單跨吊鋼箱梁懸索橋，一舉將中國跨海橋梁主跨最大跨度刷新至1 768米。

雙嶼門特大橋地處象山港口外舟山南部海域，屬于典型的海洋環(huán)境，結(jié)構(gòu)耐久性要求高，橋址區(qū)風(fēng)大浪高，水深流急，船舶通行密集，年有效作業(yè)時間僅9 個多月，也是世界上抗風(fēng)難度最大的橋梁之一。千米級主跨，基礎(chǔ)建設(shè)尤為重要，承臺作為橋梁主塔施工的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)，更是建設(shè)的重中之重。

據(jù)中國鐵建大橋局六橫公路大橋二工區(qū)項目負(fù)責(zé)人沙仁明介紹，本次澆筑的承臺設(shè)計混凝土方量1 592立方米，所處地層巖石強(qiáng)度高，最大抗壓強(qiáng)度超過180 兆帕，項目技術(shù)團(tuán)隊在主塔承臺建設(shè)中攻克了多項難關(guān)。

項目現(xiàn)場配置大型旋挖鉆機(jī)，同時受場地狹小、作業(yè)面沖突的限制，施工采用跳孔鉆進(jìn)、分級擴(kuò)孔成孔等方式，大大提高了成孔質(zhì)量和效率。

海洋工程大體積混凝土水化熱問題是主塔承臺澆筑施工的重難點。為符合大體積混凝土的耐久性、抗?jié)B和控裂標(biāo)準(zhǔn)，施工采用在混凝土中加裝噴淋裝置和智能溫控技術(shù)，用測溫元件監(jiān)測承臺混凝土內(nèi)部實時溫度，通過承臺內(nèi)布設(shè)冷卻循環(huán)水管，及時實現(xiàn)制冷水和加冰降溫，確保混凝土施工質(zhì)量。

為滿足橋梁結(jié)構(gòu)和施工臨時結(jié)構(gòu)耐久性的要求，解決海洋環(huán)境下腐蝕情況嚴(yán)重的問題，建設(shè)者對大橋承臺及塔座內(nèi)的鋼筋全部采用了環(huán)氧涂層鋼筋，極大地增強(qiáng)了耐腐性和耐候性。

雙嶼門特大橋是寧波舟山港六橫公路大橋二期工程的重要工程，建成之后將促進(jìn)實施國家海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略和國家級新區(qū)建設(shè)，進(jìn)一步改善舟山南翼群島的對外交通條件，對優(yōu)化舟山群島新區(qū)的空間布局，打造現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)基地，實現(xiàn)六橫島、佛渡島、梅山島三島港區(qū)、產(chǎn)業(yè)等聯(lián)動發(fā)展具有重要意義。

（來源：科技日報）

我國科研人員破解電解制氫高能耗難題

記者2023 年9 月24 日從湖南長沙湘江新區(qū)獲悉，紫金礦業(yè)新能源新材料科技（長沙）有限公司劉瑛博士團(tuán)隊聯(lián)合華南理工大學(xué)陳宇教授團(tuán)隊，研發(fā)了一種含銫元素的新材料，該材料可使固體氧化物電解水制氫的產(chǎn)氫速率較傳統(tǒng)電解水制氫得到較大提升，有望為高效低能耗制氫提供新路徑。這一成果于2023 年9 月13 日在線發(fā)布在《美國化學(xué)學(xué)會能源快報》上。

我國目前多采用化石能源制氫，電解水制氫因電能消耗高、制氫成本高等，使用占比僅為1%。降低電解水制氫成本，是實現(xiàn)能源零碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

劉瑛介紹，銣、銫具有很強(qiáng)的化學(xué)活性和優(yōu)異的光電特性，有望應(yīng)用于電解水制氫。項目團(tuán)隊經(jīng)反復(fù)比對，合成了一種銫摻雜新電極材料，其表現(xiàn)出極高的電化學(xué)反應(yīng)活性，使得電解過程在中低溫環(huán)境下運行成為可能，極大提高了電解制氫的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。

“傳統(tǒng)電解制氫技術(shù)采用的堿性和質(zhì)子膜電解池，普遍的電流密度為0.5～1.5 安培/平方厘米。此次試驗成果將電流密度提升至2.85 安培/平方厘米，有望顯著降低電解池材料的消耗和生產(chǎn)成本，延長使用壽命，為加快氫能高效制取提供極大助力?！眲㈢f。后續(xù)，團(tuán)隊還將研究銣元素在電解水制氫中的試驗情況，以及銣、銫在鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用情況。

（來源：科技日報）

我國科學(xué)家利用“微球”實現(xiàn)廢水中回收有機(jī)染料

人民網(wǎng)2023 年9 月21 日報道，近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點實驗室的研究人員提出了一種全新的表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)化顆粒全分散策略，制備了全分散的親水-疏水異質(zhì)微球，這些微球在一系列溶劑（水、乙醇、辛烷等）中展示出全分散的優(yōu)異性能，并實現(xiàn)了從廢水中回收有機(jī)染料。研究成果于2023 年9 月18 日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

據(jù)了解，有機(jī)染料是一種常用的色彩添加劑，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和日常生活的方方面面。染料讓我們的服飾、食品、日用品絢麗多彩；染料在顯微鏡下發(fā)光實現(xiàn)成像，幫助我們揭示微觀世界的奧秘。有數(shù)據(jù)表明，全球有機(jī)染料的產(chǎn)量達(dá)到70萬噸/年，其中近10%～15%被排放到工業(yè)和家庭廢水中，已成為水污染的重要源頭，對生態(tài)環(huán)境和公眾健康構(gòu)成威脅。

現(xiàn)有染料廢水的處理方法，如混凝-絮凝法、生物降解法，可以去除廢水中大部分有機(jī)染料，然而這些方法依然面臨染料去除不徹底、適用染料種類有限、產(chǎn)生的淤泥容易造成二次污染等問題。近年來，隨著納米技術(shù)、材料科技的迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出一些新興的材料與染料廢水處理技術(shù)，包括催化氧化、納濾和多孔顆粒吸附。催化劑、膜和吸附材料在完成染料廢水處理后可重復(fù)使用，然而染料的回收很少被重視。究其原因，在有機(jī)染料脫附過程中，通常在水溶液中加入含有無機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液，使有機(jī)染料的回收過程更加復(fù)雜。

近年來，王樹濤研究員團(tuán)隊提出了乳液界面聚合合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)微球的新方法，并在其高效分離應(yīng)用上取得了一系列創(chuàng)新性成果。發(fā)展了多種乳液界面聚合合成方法，制備了一系列具有不同尺寸、化學(xué)組成、孔隙、表面納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)微球，實現(xiàn)了復(fù)雜生物流體中痕量糖肽的分離、相近尺寸蛋白的分離、病毒核酸分離、癌癥病人外周血中痕量循環(huán)腫瘤細(xì)胞的分離、水中痕量微油滴的分離等，構(gòu)筑了色譜柱、微分離柱、微流控、紙色譜等分離器件?；谶@些研究成果，受邀撰寫了綜述文章。

親水-疏水異質(zhì)微球表面具有交替的親水、疏水成分，這種結(jié)構(gòu)既有利于高極性溶劑（水）的鋪展，又有利于中等極性溶劑（乙醇等有機(jī)溶劑）、低極性溶劑（辛烷等油性有機(jī)溶劑）的鋪展。此外，在親水區(qū)，很容易引入帶電基團(tuán)，這些基團(tuán)能為顆粒間提供靜電排斥作用，從而在不同溶劑中實現(xiàn)良好的分散。利用這種獨特的全分散性，該團(tuán)隊發(fā)展了一種從含有機(jī)染料的廢水中分離回收染料的策略。染料在水中被吸附到微球上，通過過濾得到凈化的水與吸附了染料的微球，再將這些微球分散到有機(jī)溶劑中實現(xiàn)染料的脫附，通過過濾得到溶解了染料的有機(jī)溶劑，染料通過蒸餾被回收，同時微球被循環(huán)利用。

親水-疏水異質(zhì)微球為有機(jī)染料的回收提供了一類很有前景的材料?；厥沼袡C(jī)染料的過程中，只需加入有機(jī)溶劑，無需加入含有無機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液。有機(jī)溶劑很容易通過簡單的蒸餾從染料中去除，避免了去除無機(jī)酸、堿和鹽的復(fù)雜步驟。這類材料在環(huán)境污染物處理、資源回收利用、海洋資源富集提取、生物分子檢測等復(fù)雜樣品的分離分析領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

論文通訊作者、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員王樹濤說，這么多年來團(tuán)隊一直嘗試?yán)媒缑婊瘜W(xué)設(shè)計來解決分離技術(shù)中“根材料”創(chuàng)制的難題，終于在分離微球材料上取得了突破。

（來源：人民網(wǎng)）