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當顆粒物尺寸進入納米尺度量級時，其極低的極化率使得實現高靈敏度的快速便捷檢測變得困難重重。基于光學方法的傳感技術具有非物理接觸、非破壞、抗電磁干擾、易于操作且靈敏度高等特點，成為高靈敏傳感研究的熱門方向之一。傳統光纖傳感器已經在高靈敏檢測領域得到了廣泛應用。近年來的研究表明：當光纖直徑減小至光波長量級時，光纖外部存在顯著的倏逝場，其尺度大約在百納米量級，對周圍環境的微弱變化極為敏感。研究團隊利用顆粒物在納米光纖倏逝場中的散射效應，實現了超細顆粒物的傳感與尺寸分布測量。 該項工作中，課題組首先計算了散射效率與散射體尺寸和光纖直徑的關系，預測了納米光纖傳感器的最優尺寸和探測極限；隨后根據理論預測，進行了高靈敏度的納米光纖陣列的設計和制備，利用串聯的納米光纖大大提高了傳感器的傳感面積和檢測效率；通過優化光纖模式，研究人員實現了單個標準聚苯乙烯納米顆粒的傳感和測量，粒徑分辨率達10納米。 進一步，考慮到空氣中百納米尺寸級別的細顆粒物的穿透性更強，對于人體具有更大的危害（如圖1），而公開的細顆粒物質量濃度數據（PM2.5）無法對此進行有效評價，實時快速測量細顆粒物的粒徑分布信息對于空氣質量的評價更具有指導作用。課題組利用光纖傳感器對2015年和2016年北京冬季大氣細顆粒物進行了持續監測，直接獲得了百納米尺度細顆粒物的粒徑分布信息，計算得到的細顆粒物濃度數據與官方公布數據趨勢符合良好（如圖2），充分展示了此成果的應用價值。圖2. 基于納米光纖的大氣質量監測。a,空氣顆粒物粒徑分布及其實時演化；b,空氣顆粒物質量濃度(PM1.0)及官方數據(PM2.5)。空氣樣品實時采集于北京大學物理學院院內。

眾所周知，鹽放入水中會發生溶解，溶解的離子與水分子結合在一起形成的團簇稱為水合離子或離子水合物。水合離子的微觀結構和動力學一直是學術界爭論的焦點。早在19世紀末，人們就意識到離子水合作用的存在并開始了系統的研究，最早的實驗研究可以追溯到1900年德國著名物理化學家Walther Nernst的遷移實驗（Transference experiments）。雖然經過了一百多年的努力，離子的水合殼層數、各個水合層中水分子的數目和構型、水合離子對水氫鍵結構的影響、決定水合離子輸運性質的微觀因素等諸多問題，至今仍沒有定論。究其原因，關鍵在于缺乏原子尺度的實驗表征手段，以及精準可靠的計算模擬方法。傳統的譜學和衍射技術空間分辨能力較差，只能得到平均效應，無法探測局域環境的影響，實驗數據的解釋異常困難，甚至得出完全矛盾的結論，因此受到很大的限制。另一方面，由于水分子具有全量子化效應，且水分子與離子相互作用也非常微弱，這對理論計算也是巨大的挑戰。圖2 鈉離子水合物的原子級分辨成像。從左至右，依次為五種離子水合物的原子結構圖、掃描隧道顯微鏡圖、原子力顯微鏡圖和原子力成像模擬圖。圖像尺寸：1.5 nm ×1.5 nm。 為了突破實驗上的瓶頸，研究人員基于掃描隧道顯微鏡發展了一套獨特的離子操控技術，在氯化鈉表面上可控的制備出了單個水合鈉離子，水分子的數目精確可調，為高分辨成像創造了條件。在此基礎上，他們利用之前發展起來的非侵擾式原子力顯微鏡成像技術，依靠及其微弱的高階靜電力，克服了針尖對弱鍵合水合離子的擾動并首次實現了原子級分辨表征，精確確定了其微觀吸附構型（圖2）。這也是水合離子的概念提出一百多年來，首次在實驗中直接“看到”水合離子的原子級圖像。 進一步，研究人員利用帶電的針尖作為電極，控制單個水合離子在氯化鈉表面上的定向輸運，發現了一種有趣的幻數效應：包含有特定數目水分子的鈉離子水合物具有異常高的擴散能力，遷移率比其他水合物要高1-2個量級，甚至遠高于體相離子的遷移率（圖3）。結合第一性原理計算和經典分子動力學模擬，他們發現這種幻數效應來源于離子水合物與表面晶格的對稱性匹配程度，而且可以在很大一個溫度范圍內存在（包括室溫）。此外，研究人員還發現這種幻數效應具有一定的普適性，適用于相當一部分鹽離子體系。圖3 鈉離子水合物在NaCl表面輸運的幻數效應。a，效果圖：包含3個水分子的水合物具有異常強的擴散能力。 b，分子動力學模擬得到的不同離子水合物在225K-300K下1ns時間內擴散的均方位移。 水溶液中的離子輸運研究長期以來都是基于連續介質模型，而忽略了離子與水相互作用以及離子水合物和界面相互作用的微觀細節。該工作首次建立了離子水合物的微觀結構和輸運性質之間的直接關聯，刷新了人們對于受限體系中離子輸運的傳統認識。該項研究的結果表明，可以通過改變表面晶格的對稱性和周期性來控制受限環境或納米流體中離子的輸運，從而達到選擇性增強或減弱某種離子輸運能力的目的，這對很多相關的應用領域都具有重要的潛在意義，比如：離子電池、防腐蝕、電化學反應、海水淡化、生物離子通道等等。此外，該工作發展的實驗技術也首次將水合相互作用的研究精度推向了原子層次，未來有望應用到更多更廣泛的水合物體系，開辟全新的研究領域。 該工作得到了Nature三個不同領域審稿人的一致好評和欣賞（Overall, I enjoyed reading this manuscript），認為該工作“會馬上引起理論和應用表面科學領域的廣泛興趣”（The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science），“為在納米尺度控制表面上的水合離子輸運提供了新的途徑并可以拓展到其他水合體系”（This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems）。

隨著環境問題的日益加劇，太陽能以其清潔、可再生的優勢引起了科研界和產業界的廣泛關注。其中，高效、經濟的光伏技術也成為了當前學術研究和產業發展的熱點之一。近年來，一種新型光伏技術——鈣鈦礦太陽能電池以其易制備、低成本和高效率的特點走入人們的視野，成為新型光伏技術的新寵。短短七年之內，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率實現了跨越增長，從最初的3.8%提升至現在的22%以上，表現出了極大的優勢和潛力。 鈣鈦礦太陽能電池分為正式（n-i-p）和反式（p-i-n）兩種結構。常規的正式器件通常需要致密或介孔氧化物作為電子傳輸層，其制備工藝相對復雜，且與柔性基底的兼容性不好。相比較而言，反式結構器件因制備工藝簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應等優點受到越來越多的關注，但是其光電轉換效率還稍顯不足。

利用 外源化學 手段 實現 生物大分子的功能 調控 ，一直以來都是化學生物學 的重要研究方向之一。陳鵬課題組長期致力于 “ 活細胞上的化學 反應 ” 的開發與應用 ， 提出 并發展 了 “ 生物正交斷鍵反應（ Bioorthogonal  c leavage reaction ） ”  這一 新反應類型 ，突破了在活體內研究蛋白質功能的技術瓶頸，實現了一系列原始創新 （ Nat. Chem.   2014,  6 , 352-61 ;  Nat. Chem. Biol.  2016,  12 , 129-37 ;   Nature  201 9,   569 , 509-13 ） 。

本實用新型公開一種便于研究植物根系生長的水培裝置，包括水培杯以及培養碗；水培杯為雙層圓柱形結構，且在水培杯的側壁夾層中設置可拆裝的遮光板，以真實模擬植物根系生長條件，水培杯內還設置有根系限位管；所述培養碗的周邊設置有凸沿，凸沿的直徑大于水培杯的直徑，以方便將培養碗沿搭在水培杯的杯口上，所述培養碗的側壁上設置有柵條，培養碗的底部設置有網格布及吸水紙，可將植株種子種植在網格布上，根系通過網格布網孔向下延伸，可以在種子時期就種植，方便對植株根系的固定，當需要測量植物根系長度時，直接取出培養碗即可，而不會對植株造成任何損壞，且通過根系限位管給根系限位，更有助于實驗測量。

先進聚合物材料研究所建于1999年10月18日。研究所以黃培教授為技術帶頭人，擁有一批高水平的科研隊伍，參與研究工作的教授、博士及研究生二十余人，研究所的主要特點是產、學、研相結合，在基礎性研究、應用研究、高新技術產業化等不同層次上開展科研工作。先后參加國家"863"項目、國家科委"九五"攻關項目的研究工作，承擔完成國家自然科學基金重點項目、**和化工應用課題多項。研究所主要突出以單體合成、聚合、復合材料、結晶等具有明顯優勢的學科領域的綜合集成開展研究工作。目前主要研究對象主要為以聚酰亞胺為代表的一系列功能高分子材料。聚酰亞胺（PI）是指分子主鏈中含有酰亞胺基的一類高分子聚合物。近年來聚酰亞胺以其優異的機械性能、電性能、耐輻射性能和耐熱性能越來越受到人們的重視，它在航空航天、電氣、通訊和汽車等行業得到廣泛的應用。然而熱固性聚酰亞胺不溶解、不熔融，加工成型困難，限制了其應用范圍，因此合成熱塑性的PI，進一步制備聚酰亞胺復合材料，擴大應用面是當前聚酰亞胺研究和開發的主要趨勢。熱塑性聚酰亞胺（TPI）作為一種高性能工程塑料，不僅具有優異的耐熱、力學、介電、耐腐蝕及抗輻射等性能，還表現出卓越的熱加工特性，可采用熱模壓、擠出和注射方法成型。在特定場合下為一種替代金屬、陶瓷、熱固性樹脂、低溫熱塑性塑料和大多數難加工聚酰亞胺的理想材料。聚酰亞胺的單體合成是以苯酐為基礎原料，通過酰基化、硝化、縮合、水解酸化、脫水等一系列步驟得到二胺，該合成路線原料來源充足，工藝簡單，產物純凈，產率高，易于純化，三廢少，具有很好的工業化價值。聚酰亞胺的聚合是以二酐和二胺通過溶液聚合，再分別通過化學環化或熱環化得到聚酰亞胺樹脂。聚酰亞胺樹脂與碳纖維、玻璃纖維、聚四氟乙烯、石墨等復合，可顯著提高材料的力學強度和自潤滑耐磨等性能。研究所以自主研發高性能熱塑性聚酰亞胺及其復合材料作為研究對象，系統考察復合材料摩擦磨損性能，重點研究各種填料改性材料在不同工況體條件摩擦磨損行為，深入了解填料對其摩擦性能影響機理，從而達到材料摩擦性能設計的長期目標。利用有限元技術建立過程物理及數學模型，對滑動摩擦過程中的溫度分布進行模擬計算，取得了較好的模擬結果。通過摩擦表面微觀形貌觀察，可了解摩擦磨損機理。前期的研究結果已運用于滑片式壓縮機的滑片、汽車發動機活塞環等產品形式，為應用提供指導。研究所擁有一批先進的分析測試儀器：熱機械分析儀、差示掃描量熱儀、高效液相色譜儀、凝膠色譜、紅外分析儀、微機控制電子萬能試驗機、摩擦磨損試驗機，可對合成的單體、聚合物、復合材料進行全面的性能測試。

含有N-C-S 3個雜原子的多氮雜環是一類高活性的雜環母核,因而具有廣譜生物活性，具有獨特的殺蟲、抗病毒、除草、植物生長調節等性能，在農業上可廣泛用作殺蟲劑、除草劑、植物生長調節劑和驅蟲藥等。本項目即在此多氮雜環高活性母體基礎上，對現有高活性結構進行基團變化和結構修飾，設計并合成具有完全自主知識產權的100多個潛在殺蟲劑化合物結構，全面進行了結構確證，并在國家南方農藥創制中心江蘇基地（江蘇省農藥研究所股份有限公司）生測室和江蘇揚農化工股份有限公司生測室進行了農業病害蟲和衛生病害蟲殺蟲活性測試，結果表明：（1）農業病害蟲方面：合成產物對蠶豆蚜和朱砂葉螨在400ppm普篩濃度下普遍具有A、B級殺蟲活性，進一步降低濃度初篩、復篩測試下，仍有2～3個化合物具有A級殺蟲活性（死亡率大于90%），其中有一個品種在2～4ppm下仍保持A級高效殺蟲活性，與吡蟲啉活性相當，基本達到了商品殺蟲劑的性能要求。（2）衛生病害蟲方面：合成產物以氣霧劑與相同濃度0.1％右旋胺菊酯氣霧劑對照測試，普遍具有A、B級殺蟲活性，有11個化合物分別（或同時）對庫蚊和家蠅達到了A級殺蟲活性（20min擊倒率大于90%），有6個化合物生測時20min擊倒率能達到95％～100%，且擊倒KT50（半數擊倒時間）在6min以內，達到了商品殺蟲劑的性能要求。特點優勢：本項目創制殺蟲劑品種采用DNA阻斷技術破壞害蟲新陳代謝過程，因而具有廣譜、高效、無抗藥性等特點。技術指標：對農業害蟲在5ppm濃度下殺蟲活性A級（大于90%）；對衛生害蟲0.1％濃度下殺蟲活性A級（20min擊倒率大于90%）。

大部分鐵基超導的母體在有限溫度會有“向列”相變，在此溫度之下晶格的四重旋轉對稱性會自發破缺，而在此相變溫度下略低或相同的溫度會發生條紋反鐵磁相變。所以通常認為這些鐵基材料中的向列相是由反鐵磁關聯驅動。但是FeSe體材料的行為與典型的鐵基超導材料非常不同。FeSe在90K溫度有向列相變，但直到可以測量的最低溫度都沒有磁性長程序。最近的核磁共振研究在向列相變溫度附近也沒有看到低能自旋漲落的增強。基于這些結果，一些人推測FeSe中的向列相和磁性無關而可能是由軌道序驅動。通過理論論證和數值計算提出正方晶格上自旋為1的阻挫自旋模型可以有一種“向列量子順磁相”。這個相自發地破缺晶格的四重旋轉對稱性，但是有自旋能隙，所以沒有接近零能的自旋漲落。王垡及合作者指出這種物相可以解釋FeSe體材料的不尋常物性，并且預言FeSe會在條紋反鐵磁序和交錯反鐵磁序的兩種波矢都具有有限能量的低能自旋漲落。

通過利用環形明場成像技術在皮米（0.001 納米）尺度上精確測量陰、陽離子之間的鍵長來計算表面結構的細微畸變（圖一）。研究表明，在不同極化取向的鐵電疇中，PbZr0.2Ti0.8O3的表面原子結構完全不一樣，在表面薄層中可以存在“鐵電死層”和高能的帶電疇壁。這些發現為鐵電薄膜、鐵電陶瓷、鐵電表面催化等應用提供了非常重要的信息。同時，發展起來的基于環形明場像技術定量測量絕緣氧化物表面結構的方法，將極大地提高我們對這些復雜功能氧化物材料物性的認知。