科创中国

#微生物燃料电池# 微生物燃料电池(MFC)，可以通过微生物代谢，将储存在许多可生物降解有机物中的化学能直接转化为电能。细菌和燃料的多样化，使MFC成为一种可再生生物发电技术。为系统提供动力的细菌中，Shewanella在好氧和厌氧环境中，广泛存在于土壤和海水中，存在于生物修复和环境能量回收方面。今日，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的段镶锋教授和黄昱教授在Science上发文，报道了利用还原氧化石墨烯-银纳米颗粒(rGO/Ag)支架构建Shewanella MFC中的跨膜和细胞外电子转移过程的合理策略，实现Shewanella MFC中，细菌高负载能力，和细胞外高电子转移效率。图2 不同阳极的Shewanella MFC的性能比较。

#超冷费米原子和光学腔的强耦合# 玻色-爱因斯坦凝聚体与光腔耦合，可用于实现长程相互作用的多体状态。对超冷费米气体的等效实验，仍有待探索。华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室武海斌团队在Science上发文，实现了超冷费米原子和光学腔的强耦合，利用精密调控光学腔内超冷费米气体温度的调控，首次观测到了费米原子的超辐射量子相变，有力彰显了原子统计，在超辐射量子相变中的作用。该研究首次揭示了量子统计在超辐射量子相变中的作用，发现泡利排斥改变了临界泵浦强度随原子数的标度率，为研究长程相互作用费米多体态的非平衡动力学提供了一个理想的平台，将打开许多新的研究方向。

#聚合物玻璃中的承重缠结# 玻璃态聚合物Glassy polymers，即低于其玻璃化转变温度 (Tg) 的聚合物。因其刚度和可加工性，广泛应用于增材制造，清洁水过滤膜等新兴技术方面。聚合物玻璃的强度，取决于玻璃态聚合物分子之间的纠缠。近日， 马萨诸塞大学阿默斯特分校Cynthia Bukowski，Alfred J. Crosby，宾夕法尼亚大学化学与生物分子工程系Robert A. Riggleman团队在Science Advances上发文，系统量化了缠结，在确定玻璃态聚合物共混物力学性能方面的作用。在含有聚苯乙烯双分散混合物的 100 nm 薄膜上，进行单轴拉伸实验，与聚合物玻璃粗粒模型的分子动力学 (MD) 模拟，进行定量比较，其中双分散混合物，能够系统地调整两个系统的纠缠密度。研究表明，并不是所有的缠结，都在大变形时承受大量负载。同时，开发了一个模型，来描述每条链的有效承载缠结数，作为混合比的函数。实验测量的薄膜强度和模拟的薄膜韧性，实现了承重缠结的模型定量描述。

#产生于聚合物玻璃顶部的橡胶状表面# 许多新兴材料，例如手机显示屏和OLED电视屏幕的超稳定玻璃，其特性归功于玻璃成型液体表面增强的流动性梯度。这种表面迁移率增强的发现，重塑了对玻璃成型体行为的理解。在聚合物玻璃中，由于存在第二个长度尺度，即聚合物链的大小，以及界面迁移率梯度的长度尺度，这些界面改性变得复杂。今日，浙江理工大学左彪，普林斯顿大学Rodney D. Priestley，南佛罗里达大学David S. Simmons等在Nature上发文，利用模拟、理论和时间分辨表面纳米蠕变实验，以揭示玻璃状聚合物表面的这种两尺度性质，即使在由短的亚缠结链组成的聚合物中，也会导致瞬态橡胶状、缠结状表面行为的出现。这种效应来自分段动力学和链构象统计中的叠加梯度。这种橡胶行为的寿命将随着材料冷却而延长，这将对限制对摩擦学、粘附和聚合物玻璃表面愈合等应用至关重要的表面松弛具有广泛意义。图1 润湿脊的形成及其拓扑剖面。表面层在时间-温度叠加 (TTS) 中遭受普遍破坏，这是聚合物物理学和流变学的基本原则。这一发现可能需要重新评估预测，具有高界面面积的聚合物玻璃的长期特性的策略。

#​碳点材料# 碳点材料，凭借其独特且优异的理化性能，成为继富勒烯、碳纳米管以及石墨烯之后，另一“明星”碳纳米材料。碳点，兼具了碳纳米材料以及传统量子点的优势，例如光学性质优异、低毒性、生物相容性好等，在众多领域具有良好的应用前景。近日，中南大学化学化工学院纪效波、侯红帅课题组在Materials today上发文，系统地论述了碳点材料的概念与范畴、碳点及其衍生材料设计，以及碳点材料应用等方面，对于碳点材料领域的最新进展进行了全面评述。随着碳点领域的研究逐步深入，对于碳点材料的设计及性能提出了更高的要求。为推动碳点材料领域实用化发展，作者从材料化学角度，系统地阐释了碳点材料的构效关系、设计机理以及发展方向。下图为碳点材料的各种合成方法被相继开发。

#研究透视：偶极量子气体中的二维超固体# 超固体状态，同时具有固体和超流体相关的特性。像固体一样，超固体具有晶体有序性，表现为粒子密度的周期性调制；但与典型的固体不同，超固体还具有超流体特性，这是由于整个系统的相干粒子离域所致。这种状态，最初是在大块固体氦的背景下设想的，作为固体是否可能具有超流体特性的问题，仍悬而未决。尽管在固体氦中，尚未观测到超固体现象，但超冷原子气体，提供了一种替代方法，最近能够观测到具有偶极原子的超固体。与在氦中提出的现象不同，这些气态系统，迄今为止仅显示出沿单一方向的超固体。今日，奥地利科学院量子光学与量子信息研究所Francesca Ferlaino团队，在Nature上发文，通过在结构相变的两侧制备镝原子的超固体量子气体，实现超固体性质的二维扩展，类似于离子链、量子线和理论上在链中发生的那些单个偶极粒子。在高度灵活和可控的系统中，这将助力于实现可能的激发特性，包括涡旋形成 和不同几何结构的基态相位。线性和锯齿状状态的相干性。

#Nature综述-智能物质来了# 人工智能（AI）的兴起，为脑仿生新型计算模式的发展，注入了巨大的动力。智能物质，可以通过接收和响应外源刺激，对自身结构进行调整，以实现信息的分布和储存。近期，德国明斯特大学的W. H. P. Pernice等人在Nature上发表综述，报道了实现智能物质的研究进展，利用分子系统、软材料及其固体材料发展软机器、自适应人工皮肤和分布式神经形态计算。除了概述这些智能物质的发展轨迹外，还分析了智能物质开发的趋势。一、集群基自组织材料 复杂行为的突出特点在于，其对集群的依赖性，集群中的大量个体，能够产生集体相互作用。 二、软物质 在生态系统中，柔软、弹性和可塑性是突出特征，能够凭此进行连续变形，并从而在拥挤的环境中实现顺滑运动。 三、固态物质 固态材料中的信息处理技术，可程序化和高度连通的网络，是特别适合进行这些计算任务的，仿生脑的神经形态硬件，则为实现这些任务提供了物理保障。半导体工业中，自上而下的制造工艺，为神经形态硬件提供技术支持。目前，正在探索的自下而上的纳米材料策略，也为非传统、高效计算提供了新的思路。

#Angew-环状可生物降解聚合物# 可转换催化(Switchable Catalysis)，在外界刺激的作用下，可转换催化剂表现出特异的催化性能，不同的催化反应，能够在不受彼此干扰的情况下有序进行，从而实现结构复杂目标产物的精准高效合成。近期，华中科技大学化学与化工学院解孝林、王勇团队在Angewandte Chemie International Edition上发文，报道了钴催化一锅法合成，环状可生物降解聚合物。利用轴向基团为戊烯酸根的双希夫碱钴配合物(compound 1)，作为开环共聚反应ROCOP的催化剂，通过一氧化碳的定量插入，ROCOP的活性种定量转变成，端基为双键和羰钴键的线型前驱体。在可见光作用下，该线型前驱体的羰钴键发生均裂产生羰基自由基，并与双键发生高区域选择性的自由基加成反应（马氏加成产物大于99%），最终生成环状聚酯和环状二氧化碳基聚碳酸酯。线型聚酯和聚碳酸酯的降解通常从端基开始，环状聚酯和聚碳酸酯不含末端基团，因此稳定性较好。