摘要：材料失效是固体力学关心的核心问题之一, 强度准则是描述材料失效的重要工具. 二维材料如石墨烯、六方氮化硼、过渡金属二硫化物等具有优越的力学性能, 在能源环境、电子信息、航空航天、纳米器件等领域都有重要的潜在应用. 二维材料缺陷不可避免, 由于其原子级厚度和极低的离面刚度, 缺陷残余应力会导致显著的应力集中和离面变形, 从而显著降低材料的强度. 尽管断裂力学理论被广泛用来描述二维材料的脆性断裂, 但研究发现六方氮化硼的能量释放率超过Griffith预测值一个量级, 与经典断裂力学理论预测不符. 另一方面, 虽然晶界强度理论解释了晶界强度随缺陷密度增加而反常升高的现象, 位错堆积模型揭示了多晶石墨烯强度与晶粒尺寸间的赝Hall-Petch效应, 但这些理论模型主要针对特定缺陷在单轴载荷下的失效行为, 缺乏普适性. 特别地, 二维材料缺陷结构、加载状态多样, 导致复杂的应力分布和变形失效模式, 增加了建立普适性强度理论的难度. 然而, 从原子角度, 材料失效的本质都是化学键发生断裂, 特别是大部分二维材料都由共价键构成, 因此从化学键失效的角度, 得到化学键失效的本征标度, 则有可能建立缺陷二维材料的统一强度理论. 本文首先综述了近年来二维材料强度的相关实验、模拟和理论研究进展, 着重介绍了缺陷二维材料的变形机理和基于化学键失效分析的缺陷二维材料统一强度准则. 最后, 本文讨论了二维材料强度理论的发展趋势, 旨在促进缺陷二维材料强度准则的理论和应用研究.

摘要：作为现代信息社会的物理基石, 以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程. 但是, 随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限, 传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战, 导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生. 超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势, 可有效解决上述问题, 被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一. 目前, 二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果, 但距离产业化应用仍需要克服一些挑战. 本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势, 系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题, 提出了相应解决办法和应对措施, 分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战, 明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.

摘要：神经形态工程学旨在从硬件层面上构建人工仿生神经系统, 模拟人脑独特高效的运行机制, 进而实现神经形态感知和类脑计算功能. 生物突触是人脑学习和记忆的基本结构与功能单元. 因此, 构建类生物突触结构、功能的电子器件是实现神经形态感知与计算的关键. 相较于两端的阻变器件, 三端突触晶体管在实现多态调控和降低能量消耗上都具有优势. 此外, 三端突触晶体管还可以将压力、温度等外界物理刺激转化为电信号, 在采集视觉、听觉、嗅觉等信号来工作的人造感知神经系统方面有广阔的应用前景. 本文综述了三端突触晶体管的材料选择、器件结构以及功能应用, 并重点介绍了基于三端突触晶体管的人造视觉、听觉和嗅觉三种感知系统的最新进展. 最后, 总结了三端突触晶体管及其构建的人造感知系统面临的挑战, 并对其未来发展进行了展望.

摘要：随着“提高全民健康素养”的号召深入人心，自主健康监测的需求也逐渐扩大，代谢物分析在健康管理过程中占据不可替代的重要作用。与质谱法、色谱法和光谱法等传统分析技术相比，电化学传感器因其选择性强、灵敏度高和检测范围宽，在生物医学、环境科学、材料科学等领域均显示出巨大的应用潜力。目前，科研工作者已经开发出多种面向生物代谢物检测的电化学传感器，用于确定离体体液中疾病标志物的水平或进行在体实时动态监测。以生物分子检测为切入点，综述了便携式、植入式和可穿戴式新型电化学传感器在疾病相关代谢物分析中的应用进展，并对这些传感装置进行总结和比较，以期为生物传感器的创新及临床应用拓展提供参考。

摘要： 针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题，提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真，确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比，通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明，该折射率传感器在频率为4.535、6.3681、8.253、10.395和11.321THz时达到折射率吸收峰值， 吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%，且5个波段中最高折射率灵敏度为436GHz/RIU。与其他折射率传感器相比，该折射率传感器波段多且灵敏度高，具有良好的传感性能，可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。

摘要：物理生物医学是物理学与生物医学深度融合的新兴交叉研究领域, 融入了材料学、化学、信息科学、机械工程等多个领域物质科学的知识和技术. 它的科学内涵在于揭示生命现象的物理规律, 并利用物理的方法和技术实现对生命过程的调控. 因此, 物理生物医学既要解析伴随生命活动所产生的内源性物理信号的奥秘, 同时还要探索外源性物理场对细胞、组织、器官、个体的调节作用并揭示其背后的机制.通过机制创新和前瞻性布局, 物理生物医学在未来有望成为中国引领、世界一流的优势学科.

摘要:针对动力设备实时温度测量的需求,研究了一种快响应、宽温区的石墨烯温度传感器。传感器芯片由金属衬底、绝缘层、金属电极层、石墨烯传感层、保护层和金属抗氧化涂层组成。以热导率高的金属为衬底,另外在传统的陶瓷保护层的基础上增加四元金属抗氧化涂层,能够有效阻挡高温下氧气的渗透。利用有限元软件进行分析,当温度由室温升高到1 200 ℃时,采用硬质合金、氧化铝、氮化硅为衬底的芯片响应时间分别为55、660、75 ms,衬底热导率越高,响应速度越快。传感器芯片各层厚度的变化对热应力的影响极大,当金属衬底厚1 000 μm、绝缘层厚0.1 μm、保护层厚0.5 μm、氮化钛打底层厚0.04 μm、氮铝化钛过渡层厚0.3 μm、钛铝硅氮功能层厚0.7 μm、氮化钛硅着色层厚0.5 μm 时,最大热应力较小,为24 966 MPa。该研究为拓展石墨烯温度传感器的耐温范围提供新的思路,为石墨烯传感器应用于高温瞬态测量提供可行性方案。

［摘要］测序组学、电子健康记录和医学影像等多维度异质医学数据的迅速积累，不仅凸显了传统还原论研究范式的局限性，同时也为医学研究革新带来机遇。近年来，生物医学与智能信息科学的深度交叉融合取得显著进展，推动了疾病预测与精准医疗的发展进程，数学已逐步成为其底层核心驱动。通过深化医学—数学交叉研究实现对生命系统本质规律的定量解析将成为本领域取得变革性突破的关键路径。本文系统综述了医数交叉领域的研究进展，重点探讨数学模型在肿瘤诊断、治疗及肿瘤发生发展机制解析等方面的关键作用，深入展望医数交叉在机制导向的数学模型构建、数字生命和虚拟健康等领域的创新潜力与应用前景。通过数学模型的精准构建与应用，实现从“数据关联”向“机制解析”的迈进，医数交叉将为肿瘤预防和诊疗提供突破性解决方案，推动医学的高效化、精准化、智能化变革。

摘要：可穿戴传感器在运动、医学、康复等多个领域的应用极大地方便了对人体运动指标信号的捕捉和监测，有效避免了运动损伤，降低了就医频率甚至挽救了许多生命。随着可穿戴传感器的应用和普及，与之适配的柔性能源供应系统成为其发展的关键。近年来研究者们基于不同的能量释放方式，研究和设计了多种柔性能源供应系统，其中柔性锌离子电池以其高能量密度、高弹性模量、高循环稳定性和高安全性在众多供能体系中脱颖而出，成为可穿戴传感器最具潜力的柔性能源供应系统之一。本文综述了柔性锌离子电池近年来在可穿戴传感器方面的研究进展，主要介绍和总结了电池各组件（集流体、电极（正极、负极）、隔膜、电解质、封装）的材料类型、特点以及与可穿戴传感器集成的应用情况，最后讨论了柔性锌离子电池目前面临的问题和挑战。

摘要：电卡制冷技术是一种基于电场调控的固态制冷技术,该技术利用电卡材料在电场作用下产生的温度变化来实现制冷效果。该技术因无直接碳排放、高效率等优点,在全球变暖和碳减排目标的背景下,受到广泛关注。自2006 年巨电卡效应发现以来,电卡制冷技术经历了快速发展,尤其是在电卡材料和器件的改进方面取得了显著进展。从电卡制冷器件研究、电卡聚合物纳米复合材料和电卡材料高熵优化方面展开分析与讨论。介绍了电卡效应的基本原理和当前主动回热式电卡制冷器件的研究进展,总结了电卡聚合物纳米复合材料的研究进展以及高熵优化策略和界面极化增强策略,展望了电卡制冷技术在工质和系统领域的未来研究方向。