【科创热榜前沿科技周报】-85期转贴

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前沿科技盘点〔85〕丨能感知重力和加速度的“类植物”机器人闪亮登场 ；他们打破钙钛矿太阳能电池世界最高效率纪录 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0240326_151961.html

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植物对陆地环境的适应很大程度体现在根系的向重力性上，即我们常说的“深深扎根”。东南大学课题组向植物“取经”，设计出能感知重力和加速度的仿生智能软体机器人。

乙烯是石油化工业的基础原料，也是全世界产量最大的化学产品之一，其主要生产途径是碳氢化合物蒸汽裂解，此过程中，将伴生下游副产物乙烷。一直以来，高效分离乙烷和乙烯是个工业难题。近日，西安交大课题组开发了系列柔性多孔框架材料，对乙烷表现出独特的“门控”效应。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第八十五期。

1、《Advanced Science》丨能感知重力和加速度的“类植物”机器人闪亮登场

基于柔性智能材料构筑的软体机器人比传统的刚体机器人，有更高的运动自由度、更好的环境共融性和交互安全性，在可穿戴设备、智能人机交互、医疗手术等诸多领域有着广泛的应用前景。但是，当下软体机器人的运动常依赖人工调制的激励。

近日，东南大学生物科学与医学工程学院POCT课题组刘宏研究员与马标博士向植物“取经”，设计出能感知重力和加速度的仿生智能软体机器人。植物对陆地环境的适应很大程度体现在根系的向重力性（Gravitropism）上，即我们常说的“深深扎根”。即便不垂直放置甚至被水平放置，植物的根都坚持向重力方向弯曲生长。由此获得灵感，研究人员就利用液态金属在其纳米氧化层内的流动性和电热特性，构建了具有重力感知能力的智能仿生软体机器人。通过改变液态金属软体机器人的空间姿态，实现对其电阻和电热响应的可控编程，进而赋予其类植物重力适应性。基于这一机制，他们进一步设计了可交互的柔性抓手和具有地形感知能力的自振荡爬行机器人。该工作为能够感知重力和加速度的类生命软机器的构筑提供了新的思路。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202306129

2、《Journal of the American Chemical Society》丨这扇“门”助力乙烯乙烷快速 “和平分手”

乙烯是石油化工业的基础原料，也是全世界产量最大的化学产品之一。乙烯主要生产途径是碳氢化合物蒸汽裂解，此过程中，将伴生下游副产物乙烷。乙烷和乙烯具有类似的物理化学性质，所以一直以来，高效分离这两种气体都是个工业难题。传统的低温蒸馏分离过程通常需要在高压和低温下进行，这种方式导致乙烯等烯烃的纯化所消耗的能源占据了全球能源消耗的0.3%。

近日，西安交大化工学院杨庆远课题组开发系列柔性多孔框架材料，实现了乙烷乙烯的高效分离。这类柔性多孔材料对乙烷表现出独特的“门控”效应，从乙烷乙烯的混合气中，选择性地识别乙烷分子。即：在乙烷分子的作用下，材料在小孔(NP) 和大孔(LP)之间可发生可逆结构相变。其中柔性多孔材料X-dia-1-Ni0.89Co0.11对乙烷和乙烯的吸附量之比为9.1：1，远超此前报道的大多数固体吸附材料。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c13117

3、《Physical Review Letters》丨三体+薛定谔的猫=“最大量子纠缠”

XYZ模型（上）与双轴扭曲模型（下）的对比。（a）相空间轨迹；（b）量子态的时间演化准概率分布图（用Husimi Q函数表示）；（c）tc时刻的量子态

薛定谔猫态指两种不同宏观状态的量子叠加态，其研究对理解宏观尺度量子效应具有重要意义。多粒子最大纠缠态（Greenberger-Horne-Zeilinger态，简称GHZ态）是一种典型的薛定谔猫态，它不仅具有良好的纠缠性质，还能够达到海森堡极限的测量精度，在量子信息和精密测量领域应用广泛。然而，GHZ态十分脆弱，极易受到退相干和粒子损耗的影响，使用传统的制备方法很难得到大粒子数的GHZ态。因此，寻找新的GHZ态制备方法至关重要。

近日，清华大学物理系刘永椿研究组提出一种新的大尺度薛定谔猫态制备方法，能够在集体自旋系统中快速制备具有接近最大纠缠特性的量子态。其研究首次提出一种被命名为集体自旋XYZ模型的全新模型，创新性地引入了三体相互作用。使用该模型，就能从无纠缠的自旋相干态出发，一段较短时间演化后得到类GHZ态。用多粒子广义布洛赫球进行描述，制备得到的类GHZ态对应球面上中心距离最大的两团准概率分布，该量子态与标准GHZ态的准概率分布非常类似。相比于使用两体相互作用的集体自旋模型（如双轴扭曲模型），XYZ模型具有更丰富的相空间结构，保证了演化过程自旋态的分布可以近似“停留”在球面上距离最大的两个端点附近。

在噪声环境中，由于该方案所需时间很短，退相干对演化造成的影响被显著削弱。另外，用XYZ模型制备的类GHZ态在对抗粒子损耗方面也更具有优势，使该方法能够有效应用在包含大量粒子的系统中，为大尺度量子纠缠态的制备开辟新的道路。

原文链接：https://journals.aps.org/prl/abs ... sRevLett.132.113402

4、《Science Advances》丨熔融电流体3D打印技术或蕴含产业升级密码

液晶弹性体（LCE）材料能够在外界热、光或磁场等刺激下发生大可逆变形并输出大做功，且有可远程无线操控的优势，已经被人工肌肉、软体机器人、柔性可穿戴电子等领域广泛关注。目前，大多数研究集中在宏观结构或准周期简单微结构的成形和应用。微纳尺度3D打印技术可以制造相对复杂的微结构，但制造的三维微细结构对非接触式刺激进行响应实现复杂可控变形依旧是一个挑战。

近日，西安交大机械工程学院王莉团队开发了一种熔融电流体3D打印技术，用于液晶弹性体从微米尺度到厘米及以上尺度的软执行器，为其高精度制造提供了低成本、大规模、高分辨率的制造工艺。研究人员制造出对热刺激响应的各种宏微跨尺度结构软执行器，并首次将LCE材料应用于温度场检测领域，开发出了一种集成机器视觉与深度学习模型的环境温度场传感器，在微机电系统、半导体、生物技术等领域微尺度操作场景具有较高的应用潜力。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3854

5、《Joule》丨他们打破钙钛矿太阳能电池世界最高效率纪录！

Spiro-OMeTAD和T2的化学结构及能级位置和基于T2制备的钙钛矿电池和组件照片

空穴传输材料（HTM）对于钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电性能和长期稳定性至关重要，其主要作用是提取光生空穴并阻止电子回传，从而抑制电荷复合。同时，它还可以作为中间层阻挡金属电极与钙钛矿之间的离子相互扩散。目前应用最广的空穴传输材料2,2′，7,7′-四(N,N-二-p-甲氧基苯胺)-9,9′-螺旋双芴（spiro-OMeTAD）虽具有高效的空穴提取能力，但该材料的合成和纯化过程复杂且成本高昂。

近日，清华大学电机系易陈谊团队设计并合成了新型多功能空穴传输材料T2，该材料可以通过低成本的商业原材料高产率的合成，适合大批量生产，其原材料成本仅为spiro-OMeTAD价格的三十分之一。通过T2与顺序真空沉积制造的钙钛矿薄膜相结合，研究人员在0.1cm²的PSCs上实现了26.41%的光电转换效率，并在1.0cm²孔径面积的PSCs上实现了24.88%的认证效率。此外，研究人员还实现了效率为21.45%的小模组。基于T2的PSCs在存储和热处理方面也展现出良好的长期器件稳定性。

这种多功能空穴传输材料设计策略为未来新材料开发提供了经验和指导。这也是真空蒸镀钙钛矿电池效率首次超过传统溶液法，展示出该方法的巨大发展潜力。（专栏作者 李潇潇）