【科创热榜前沿科技周报】-13期转贴

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一周前沿科技盘点⑬｜静高压下石墨到金刚石相变机理阐明、科学家揭示癌症恶液质的致病机理 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0230627_125817.html

编者按：

汇聚中科院、工程院、医科院、农科院、985高校及新型研发机构等近200家科研院所、单位发布的研究成果，通过多源动态提取信息因子，按领域维度、期刊级别、创新载体、学者信息、时间梯度等多维度权重，经人工智能计算分析，国际科技创新中心网络服务平台开发了“科创热榜”的推荐榜单。

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，为大家带来第十三期。

科学家在研究石墨到金刚石的相变机理时，意外发现一种新型杂交碳材料，这一新材料与石墨和金刚石有何差异？研究癌症恶液质，科学家为何选择果蝇而非小鼠作为模型，具体哪些因素导致癌症恶液质的发生？电池内部短路是制约固态锂电池发展的重要瓶颈，科学家能否透过锂金属外壳，找出固态电解质的失效机理？诸多疑问，将在本周前沿科技盘点中一一找到答案。

1.《Nature》｜静高压下石墨到金刚石相变机理首次阐明

图为共格界面控制的石墨到金刚石直接相变。a,石墨-金刚石界面原子像；b,石墨/金刚石界面结构及结构基元示意图；c, Gradia样品图；d, Gradia杂交碳的硬度; e, Gradia杂交碳的电阻率

石墨和金刚石都是自然界中常见的碳材料。从石墨到金刚石的直接转变通常在高温高压的“黑盒子”里进行，其相变机理一直存在很大争议。

燕山大学田永君院士团队在静高压下部分相变的石墨样品中首次观察并确定了石墨和金刚石之间的共格界面结构，进而阐明了静高压下石墨到金刚石的相变机理：石墨层通过两种菱形结构基元和两种矩形结构基元局部键合形成共格界面，通过共格界面向石墨区域的推进，实现石墨到金刚石的转变。结构基元的不同组合形成了变化多样的共格界面结构，导致在金刚石相变区域形成了丰富的亚结构：层错、孪晶、金刚石多形体等。这种全新的固—固相变机制不同于经典的成核生长和协同切变机制，并可能适用于其他的共价材料的固—固相变过程。

研究团队将这类具有石墨和金刚石共格界面的杂交碳材料命名为Gradia。Gradia具有优异的力学性能和电学特性组合，集合了石墨和金刚石的性能优势。此外，其性能还可通过改变石墨和金刚石的比例进行进一步调控，是实现导电/超硬、极韧/极硬等优越性能组合的新一代高性能碳材料。

2.《免疫》｜科学家揭示癌症恶液质的致病机理

yki3SA荷瘤果蝇中IMD-NF-κB免疫通路和分泌蛋白ImpL2调控宿主死亡和消耗的模式图

癌症恶液质可谓肿瘤患者的“生死劫”，导致至少20%癌症病人的死亡。它是一种系统性的代谢综合症，发病机理不明且缺乏有效治疗手段。

果蝇是研究肿瘤诱导宿主消耗的理想模型，通过在果蝇体内诱导恶性肿瘤或者移植外源肿瘤，可完整的模拟癌症恶液质的表型。与小鼠模型不同，果蝇直接与外界空气和微生物直接接触，因此在肿瘤存在的背景下，果蝇成为一个研究宿主-微生物相互作用十分理想的工具。

武汉大学宋威课题组通过诱导果蝇肠道干细胞过度增殖形成肠道恶性肿瘤，进而造成机体消耗和寿命缩短。利用该模型，研究人员发现yki3SA肠道肿瘤可导致果蝇死亡，但不影响机体能量消耗，首次表明荷瘤机体的消耗和存活率可以相互剥离。进一步的研究发现，果蝇肾小管组织中IMD-NF-κB免疫信号活化导致尿酸堆积是造成yki3SA荷瘤果蝇死亡的关键因素。此外，课题组发现一种重要的肿瘤分泌蛋白ImpL2，也可以部分通过肾脏尿酸代谢导致机体死亡，大规模的人群队列研究也发现高血尿酸是多种癌症患者死亡率的重要独立风险因子。

该研究揭示环境微生物、肠道细菌、肾脏IMD-NF-κB免疫反应和尿酸代谢是恶性肿瘤导致机体死亡的重要因素，且独立于目前已知的肿瘤相关的机体消耗。

3.《能源与环境科学》｜磺化超微孔膜实现高效率且多形式的盐差能发电

基于磺化的超微孔聚合物膜的渗透发电装置示意

存在于河水与海水之间的盐差能是一种极具潜力的可再生能源，反向电渗析技术（RED）是提取这种能量的主要方法之一。RED技术使用离子交换膜，利用不同离子在离子交换膜内的定向选择性迁移，从而直接将化学势能转换为电能。然而，RED过程存在两个主要挑战：一是缺乏能同时实现高功率密度和高转换效率的膜材料；二是盐差能提取的概念仅限于海水和河水体系，亟需实现多种形式的盐差能提取。

基于以上挑战，中科大徐铜文、杨正金团队设计了一种磺化的超微孔聚合物膜SPX，用于提取储存在不同浓度溶液中的渗透能。SPX膜的亲水微孔表现出受表面电荷控制的离子传输和优异的阳离子选择性。在模拟海水和河水混合的情形下，能量转换效率保持在38.5%以上。利用热梯度和浓度梯度的协同作用，该盐差能提取装置的性能进一步提高到48.7%。这是目前为止在50倍NaCl梯度下报道的最高效率。

该研究也揭示了亚纳米通道内的尺寸筛分效应，该效应使基于SPX膜的盐差能提取装置可以从等摩尔浓度溶液的混合过程中提取吉布斯自由能。该膜材料的设计理念也将盐差能发电的概念从海水-河水体系，拓展到无浓差盐溶液、甚至工业废水体系。

4.《先进材料》｜可用于非接触人机交互系统的高灵敏长波红外探测器

Mo单原子位催化材料的电子结构与配位环境表征

人体自发热辐射主要位于长波红外波段，呈现出光子能量低、光强弱等特点。实现人体红外热辐射的高灵敏探测，对构建低功耗、非接触人机交互系统具有重要意义。

中科院大连化物所陆晓伟研究组突破传统热电堆材料和构架的限制，构建了基于SrTiO3-x/CuNi异质界面结构的一体式热电堆。该异质界面结构在降低器件内阻的同时，可保持高的电压输出；另一方面，通过结合声子共振吸收和自由载流子吸收，该异质结展现出优异的吸光能力，其在长波红外波段的吸光率最高可达98%。结合这些优势，基于SrTiO3-x/CuNi的热电堆在探测人体辐射时展现出高灵敏度、低噪音、高稳定性等特征，输出电压最高可达13mV，相比商业热电堆有数量级的提升。

通过进一步构建热电堆阵列，团队还实现了实时手势识别、非接触式数字和字母输入等功能。这项研究在人工智能技术、公共卫生安全领域具有广阔的实际应用价值。

5.《先进材料》｜“化学剪裁”法精准制备纳米反应器

论文截图

细胞是一种具有多级中空结构和多组分活性物种的天然软物质。模拟细胞结构构筑人工细胞（也可称为纳米反应器）一直以来都受到科研人员的广泛关注。然而，设计具有多级中空结构的有机大分子仍具有挑战性。

中科院大连化物所刘健研究团队对氨基苯酚树脂微球进行了纳米级化学剪裁——使用乙醇作为化学剪裁剂，精确剪裁其微纳结构和化学组成。合作团队通过调节醇的种类和用量，可得到一系列类似纳米结构的氨基苯酚树脂颗粒，证明了该方法的通用性。

合作团队将钯纳米颗粒选择性沉积在其外壳后，制备出具有精确金属空间分布的多级中空酚醛树脂纳米反应器。该纳米反应器封装的金纳米颗粒有利于向钯纳米颗粒提供电子，形成更多的金属钯。同时，外壳上的钯纳米颗粒有利于产生更多的活泼氢用于底物的氢化，从而提高催化活性。在苯乙烯、苯乙炔和硝基苯加氢反应中，该纳米反应器表现出高效的加氢性能。

6.《Nature Communications》｜固态锂电池失效机理研究获进展

由于受到Cu集流体和LLZO强的机械束缚，局部高速喷发的Li金属可以产生极大的应力迫使LLZO开裂和锂枝晶渗透及短路

固态锂金属电池有望实现更高的能量密度和高安全性，因而受到广泛关注。然而，锂枝晶渗透固态电解质导致的电池内部短路等问题仍然是制约固态电池发展的主要瓶颈。由于固态电解质被锂金属覆盖，对其界面演变过程进行高时间和空间分辨率的直接观察很困难，严重阻碍了人们深入理解固态电解质的失效机理。

厦门大学王鸣生课题组利用原位透射电镜构建了微型固态锂金属电池，深入表征了锂金属与固态电解质界面演化的动力学过程，揭示了锂枝晶从界面的局部接触点渗透固态电解质的机理。

研究采用有代表性的单晶石榴石固态电解质LLZO作为研究模型，在TEM中原位构建了可进行截面方向观察的固态电池Li|SE界面。原位观察表明：锂金属在界面处的沉积行为与其电化学机械应力息息相关，该应力的大小高度依赖于局部电流密度和机械约束。该研究工作揭示了：（1）即使是接近无缺陷的LLZO单晶颗粒也无法抵抗锂沉积压力，理论模拟显示该压力可能高达10GPa量级；（2）局部超高电流密度并不必然导致SE的破裂，通过提升Li|SE界面处锂离子/原子的输运效率，LLZO单晶可承受A·cm-2量级的局部电流密度。

7.《Nature Communications》｜可实现超灵敏高频动态力检测的柔性触觉传感器

超灵敏高频动态力检测的仿生柔性触觉传感器结构设计、工作机理与性能

触觉传感器是智能机器人实现类人触觉感知功能的核心部件之一。相比于压阻式、电容式等工作模式的柔性触觉传感器，压电式柔性触觉传感器在机器人动态力检测应用中优势明显，成为当前的研究热点。但是，传统压电式柔性触觉传感器往往存在无法突破自身灵敏度理论极限值的问题。

中科院大连化物所包信和院士团队受节肢动物结构组成的启发，提出了一种基于刚柔并济“三明治”结构的超灵敏高频动态力检测的仿生型柔性触觉传感器。该结构设计不仅可提升柔性材料的力传递效率，而且由于刚柔并济力传递层与柔性下基体的结合使得压电层产生弯曲应变，从而带来柔性触觉传感器工作工作模式的转变，使得传感器的灵敏度显著提升，且具有5−600Hz宽带宽、0.009−4.3 N线性检测范围和实时力方向识别的优异性能。

此外，通过刚柔并济结构的优化设计，该柔性触觉传感器具有与传统柔性触觉传感器相媲美的可弯曲、可拉伸特性，并最后将柔性触觉传感器成功用于精确检测机器人的多种灵巧操作的动态信息。