用于新型冠状病毒检测的纳米材料及生物传感技术
摘 要: 新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019, COVID-19)疫情大流行引起全球对此重大突发公共卫生事件 的高度关注。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)经过多次突变, 出现传染速度加快、免疫逃逸、隐匿性传播等特性, 令防 控形势至今仍异常严峻。对患者的早发现、早隔离仍然是目前最有效的防控措施。
金属材料表面纳米化研究与进展
摘要：大多数金属材料的失效都是从其表面开始的，进而影响整个材料的整体性能。研究表明，在金属材料表面制备纳米晶，实现表面纳米化，可以提升材料的表面性能，延长其使用寿命。金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化，材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层，分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层，这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。根据国内外表面纳米化的研究成果，首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3 种金属表面纳米化方法进行了简要概述，阐述了各自优缺点，总结了表面自纳米化技术的优势，在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用，提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系，对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳；阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势，主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术，对未来的研究工作进行了展望，并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合，取代高成本的制造技术，制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层。
高熵陶瓷薄膜晶体结构、制备及其功能特性研究进展
摘要：高熵陶瓷薄膜是在高熵合金薄膜中掺入C、N、O等非金属元素形成的碳化物、氮化物、氧化物等性能更优异的薄膜材料。由于高熵陶瓷薄膜具有组分可调节空间大、熵效应独特及材料性能可调控等优点，因此高熵陶瓷薄膜无论是作为结构材料还是功能材料，都有望成为综合多种优异性能的薄膜材料。首先介绍了含有C、N、O等不同非金属元素的高熵陶瓷薄膜的晶体结构，并研究了改变晶体结构的影响因素。除了掺入薄膜中的C、N、O等非金属元素含量会对薄膜的晶体结构产生显著影响外，制备工艺中的工艺参数也会对高熵陶瓷薄膜的晶体结构产生影响。例如，随着基底温度的升高，高熵氮化物薄膜会由非晶结构转变为简单的FCC 固溶体结构。另外，基底偏压虽不能直接影响高熵陶瓷薄膜的晶体结构，但对薄膜的择优取向有着显著影响。综述了制备高熵陶瓷薄膜常用的技术，包括磁控溅射技术、脉冲激光沉积技术、真空电弧沉积等。综述了目前国内外研究者对高熵陶瓷薄膜的功能特性的研究进展，包括抗辐照性、扩散阻挡性、电催化性、磁学性、生物相容性等。最后总结了高熵陶瓷薄膜的应用，并指出了目前研究的不足，以及高熵陶瓷薄膜未来的研究方向。
人工智能在合成生物学的应用
摘要：生命系统极其复杂，难以精确描述和预测，这给高效设计合成生物系统提出了挑战，故在合成生物系统构建中往往须进行海量工程试错和优化。近年来，人工智能技术快速发展，其基于海量数据的持续学习能力和在未知空间的智能探索能力有效契合了当前合成生物学工程化试错平台的需求，在复杂生物特征的挖掘与生命系统的设计方面具备巨大潜力。该文回顾并总结人工智能在合成元件工程、线路工程、代谢工程及基因组工程领域的研究进展，并分析和讨论人工智能与合成生物学交叉研究在数据标准化、平台智能化、实验自动化、预测精准化方面存在的一系列挑战。人工智能和合成生物学的融合有望给“设计—构建—测试—学习”闭环的全流程带来变革，而孕育“类合成生物学家”也将反过来引起人工智能技术的飞跃。
多元成分的融合：软磁高炳合金的结构调控与磁特性研究
摘要：软磁材料是实现电子元器件上游配套关键产业技术突破的重要能源材料之一。高性能软磁材料的开发和研究对于节能、降耗和中国制造2025”实施等具有重要意义。高摘合金由于Fe、Co和Ni等磁性元素掺杂具有大的磁特性调节范围，因此高摘合金有望成为性能优异的软磁材料。着重综述了影响高摘合金磁性能的关键因素，强调了高软磁合金磁特性对化学成分、制备工艺参数和相结构非常敏感，同时明确了热处理是改善高熵合金微观组织，优化其磁性能的主要手段。此外，基于理论模拟方法从原子尺度阐释了影响高熵软磁合金磁特性的内在机制，进一步厘清了高摘软磁合金磁性与磁畴间的依赖关系。最后凝练了目前部分高摘软磁合金发展存在的科学问题，并简要概括了未来高熵软磁合金发展需要关注的方向。
电子材料新奇物性研究中的关键科学问题
摘要：基于国家自然科学基金委员会第298期“双清论坛”，本文介绍了5d电子相关材料的新奇物性以及相关材料体系的研究意义，从理论、制备、表征、器件四个主要方向回顾了这一研究领域的研究现状以及面临的主要挑战，并进一步提出了亟需关注和解决的重要基础科学问题和重点研究方向。
碳化硼陶瓷自润滑研究现状
摘要：碳化硼（B4C）陶瓷的自润滑对其摩擦学性能具有重要影响，但缺乏这方面的系统性综述介绍。碳化硼具有高的硬度（维氏硬度为36 GPa），因此碳化硼陶瓷是一种应用于耐磨元件的潜在候选材料。然而，碳化硼陶瓷的摩擦因数较高，增加了摩擦系统的能耗，限制了其广泛应用。自润滑是一种可避免外部润滑剂造成污染的方法，揭示碳化硼陶瓷自润滑的机理可为解决碳化硼陶瓷摩擦因数高的问题提供可行参考方案。目前碳化硼陶瓷自润滑的方式主要有预氧化、添加固体润滑剂、构建表面浮雕结构三种。预氧化是将碳化硼陶瓷预先在空气环境中进行高温下氧化处理，使其表面生成氧化层；添加固体润滑剂是将具有层状晶体结构的材料添加到碳化硼陶瓷基体中，在滑动过程中固体润滑剂从碳化硼陶瓷基体中脱落，从而在碳化硼陶瓷的磨损面上形成一层外部润滑层；构建表面浮雕结构是在碳化硼陶瓷基体中引入硬度相对较低的第二相，利用两相晶粒的硬度差，在滑动过程中原位生成凹凸的表面形貌。这些自润滑方法虽然存在技术上的局限，但仍可在一定工况下实现碳化硼陶瓷的自润滑，减小摩擦副的摩擦因数，降低摩擦系统的能耗。总结近年来碳化硼陶瓷自润滑的相关研究进展，并对碳化硼陶瓷自润滑未来的研究方向进行展望，研究结果填补了碳化硼陶瓷自润滑领域目前缺少综述文章来引领的空白，可为碳化硼陶瓷自润滑的设计、研究及应用提供有益的指导。
聚离子液体功能材料的合成及应用
摘要：聚离子液体(poly(ionic liquid)s)由离子液体单体聚合生成，兼具离子液体小分子的物理化学性质(结构多样性、可调溶解性、化学/热稳定性、导电性等)及聚合物的机械性能及可加工性，在能源器件、智能响应材料、生物医用材料等领域具有广泛的应用前景。本文主要综述了聚离子液体的合成方法及其作为功能材料在能源器件、智能响应材料及抗菌材料领域的潜在应用。
石墨炔界面: 从微观到宏观电极优化策略
摘要：石墨炔是新兴的二维碳同素异形体，其独特的结构和性质已经为绿色能源、绿色化学、生物医药、智能电子等领域带来诸多原创的理念。在电化学能源领域， 石墨炔已经逐渐发展成为该领域中具有巨大发展潜力的关键材料之一，为解决电化学能源领域的诸多关键问题提供了新的思路。本文系统总结了利用石墨炔优异本征性质，解决目前电化学能源器件的瓶颈问题获得的研究进展，主要包括石墨炔抑制原子尺度的电极活性物质溶解穿梭与界面副反应、稳定纳米尺度的电极主体结构与次级结构、避免宏观尺寸的活性物质脱落和导电网络破坏等科学问题。结合研究进展进一步提出石墨炔作为电化学能源关键材料所面临的机遇和挑战。
常见结构材料低温性能研究进展
摘要：随着深空探测、极地科考、低温贮运等低温领域的快速发展，对低温材料的要求越来越高，低温材料逐渐成为目前国内外的研究热点。本文综述低温钢、铝合金、钛合金、铝基复合材料以及树脂基复合材料等常见结构材料的低温性能，归纳不同晶体结构、合金种类、合金元素等因素对结构材料的低温强度、塑性与韧性等力学性能的影响及低温变形和强韧化机理，介绍不同种类低温结构材料在国内外重要领域的应用，提出了低温材料未来的研究展望。
