【技术前沿】柔性无人机、分子机器人、谷电子器件、光子掺杂超材料、化学计算机、单分子开关

2017-04-04 海鹰资讯 学术plus

本文转载自微信平台：海鹰资讯，作者：葛悦涛李磊

先进材料

具有可控光学性质的新型纳米材料

据Nanowerk网站2017年3月10日报道，德国汉堡-哈尔堡工业大学等研发了一种基于纳米多孔金的新型光学纳米材料，通过施加电压可使光学透过率的变化达百分之三十。纳米材料吸收和反射的波长范围可通过操纵孔的密度来调节。巨大的内表面使得互连金属线中的电子密度发生变化，从而允许光学透过率在宽带上发生可逆改变。该发现具有通过吸收阳光将水分解成氧和氢的巨大潜力。

硅基半导体纳米线可覆盖整个中红外波段

据Nanotechweb网站2017年3月10日报道，将纳米线应用于中远红外波段的困难仍然是阻碍发展的一项挑战。英国兰卡斯特大学等成功将锑掺入具有高光学性能的纳米线中。这种纳米线在室温下显示出光致发光，最大波长5.1μm，并显示出纯的掺杂锌结晶相。他们正在探索应用于硅基高迁移率晶体管和可持续能源生成（包括低成本热电和热光伏电池）的器件的高迁移率和光伏特征优点。

具有光学性能的3D超颖表面

据Science Daily网站2017年3月9日报道，超材料的广泛商业使用已被它们的组成材料所限制。美国桑迪亚国家实验室等正在使用III-V半导体作为超材料的组成成分。这种新材料可制造为多层，以形成可比闪亮金表面反射更多的光的复杂三维原子。它们在激发时会发出光子，并在色谱上具有极其多变的输出，因此它们可用于扩展激光器的波长范围或产生用于量子计算的“纠缠光子”。

新型层压纳米结构使钢在反复应力下具有类似骨头的抗断裂性

据Physorg网站2017年3月9日报道，美国麻省理工学院等研究表明，当钢的微观结构为层状层压结构时，即类似于骨的亚结构，就可以实现优良的抗裂性。其研究结果显示，通过调整界面组织、分布和相位稳定性以同时激活抵抗裂纹扩展的多个围观机理是实现机械响应飞跃的关键。这种方法实现的卓越性能为所有抗疲劳合金的设计工作提供了指导。虽然这种合金比基本的低碳钢昂贵，但已经证明其性能优点相当显著，且合金金属含量低得多。

钙钛矿边缘可调谐光电性能

据Physorg网站2017年3月9日报道，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，莱斯大学，西北大学，布鲁克海文国家实验室等研究了相纯同质2D钙钛矿的光物理性质和光电性质，研究表明薄膜具有将强结合激子解离为自由载流子的内在机理，其由层状钙钛矿边缘处的较低能态实现。这有助于提高光伏器件中的光电流或光发射应用中的高效辐射复合。这些结果表明，可对边缘和表面进行化学设计和工程化，以实现电荷和能量的高效流动，获得高效率的光电子器件。

“光子掺杂”使超材料制造更容易

据Nanowerk网站2017年3月9日报道，美国宾夕法尼亚大学等将掺杂概念移植到宏观光子学中，证明浸没在介电常数接近于零的二维介质中的二维电介质颗粒充当掺杂剂，可以改变介质的有效磁导率，同时保持其有效介电常数接近零，而与其在主体内的位置无关。大体积的响应可用单一杂质调节。他们验证了微波频率下的影响。这种方法可为工程化电磁超材料和可重构光学系统提供新途径。

美国海军研究实验室（NRL）开发出更轻、现场可修复的透明盔甲

据Naval Research Laboratory网站2017年3月8日报道，据美国海军研究实验室的研究人员称，将热塑性弹性体加热到软化点（约100摄氏度）以上，就可以熔化小晶粒，使得断裂表面能够融合在一起，并通过扩散重新成形。利用这种技术，他们重新创造了聚脲和聚异丁烯涂层的优异防弹性能，额外好处是材料是透明的，比常规防弹玻璃更轻，并且可修复。由于弹性体的耗散性能，弹丸撞击造成的损害仅限于冲击轨迹。

自主系统和机器人

坠落后难以毁坏的柔性无人机

据IEEE Spectrum网站2017年3月9日报道，瑞士的研究人员提出了一种可适应碰撞的四旋翼飞行器设计的生物策略。他们提出适应碰撞昆虫翅膀的生物力学策略，四旋翼飞行器有一个双刚度框架，用于刚性承受飞行状态范围内的空气动力学负载，并可在碰撞过程中变软、折叠，以避免损坏。双刚度框架与特定的吸能材料协同工作，吸能材料用于保护中心壳体中的无人机敏感部件。研究人员对所提出的方法与其他现有技术的碰撞容差策略进行了比较，并通过50g四旋翼飞行器验证了其能够承受高速碰撞。

计算机语言学家正在为空中交通管制员开发一种智能系统辅助设备

据Science Daily网站2017年3月8日报道，当前的技术支持系统通常无法理解和处理飞行员和空中交通管制员之间的短暂无线电交流。德国萨尔大学研究人员开发了一个名为“AcListant”的软件系统，用于监听空中管制员的无线电对话，并对他们目前的状况提出更明智的建议。来自雷达的数据用于生成可能的词序列和过滤项目，作为飞行员的建议指令。在测试中，软件减少了错误命令的数量，且空中交通管制员能够与说话很快或带有口音的飞行员更好地沟通。

美国国土安全部（DHS）计划研究反无人机技术

据Federal Computer Week网站2017年3月8日报道，美国国土安全部的科学技术局正在寻找用于探测、识别和跟踪被认为会对人类或关键基础设施造成威胁的小型UAS的识别和证明技术。测试将在“城市混乱条件”下进行，其中的频谱可用性和视线问题将对操作人员带来挑战。该计划将分两部分：第一部分将是今年夏天对技术开发者进行“熟悉评估”；第二部分是在2017年秋季进行量化系统性能的评估。

生物技术

即将实现分子机器人

据Physorg网站2017年3月10日报道，日本北海道大学的研究人员成功地创造了一种称为结晶聚集体的化合物，它可在蓝光下反复翻转。制备的晶体由偶氮苯组成，结构上具有两种不同的形式：顺式和反式。他们观察到薄膜晶体在蓝光下发生了重复弯曲-非弯曲运动，表明其存在弯曲或未弯曲的两个稳定结构，具体取决于顺式/反式比。运动的频率随着光强度的增大而提高。这种机理可用于仿生分子马达和药物递送。

通信技术

单芯片收发无线通信

据Science Daily网站2017年3月13日报道，美国康奈尔大学等设计了一种在单芯片上传输和接收无线电信号的方法，这可能最终有助于改变无线通信的方式。他们将一系列六个副发射机连接到人工传输线上。每个副发射机以有规律的间隔发送信号，并对它们各自加权的输出进行编程，使它们组合以在天线端口处的正向方向上产生射频信号，而在接收端口处抵消。可在宽范围频率上调节累加和消除，且可调节天线处的信号强度。其在一个方向上是滤波器，而在另一个方向是放大器。

信息技术

化学计算机原型可探测球体

据Science Daily网站2017年3月9日报道，波兰的研究人员正在使用化学信号代替电子信号进行计算。他们研究了十几个到几十个液滴组成的可传播化学信号的系统。该系统基于液滴之间的相互连通工作：当液滴接触时，化学激发可从液滴传递到液滴。通过采用进化算法，他们训练液滴系统检测球体的形状。对球体形状的最高检测精度达到85％，而它是在150代中才获得了这种能力。液滴系统不解释传入的数据，只寻找他们之间的相关性（形状），类似于在训练时教会他们寻找的形状。

微电子

单分子开关

据NanowerkS网站2017年3月10日报道，德国康斯坦茨大学等提出了一个三臂平台，包括悬臂和悬臂末端从表面提起的腈基团。腈氮和扫描隧道显微镜金尖端之间的成键可通过电和机械方式控制。明确的开启和关闭状态可进行高再现致动。该研究是迈向分子电子学基本思想的重要一步。

用于数据存储或计算机逻辑系统的“谷电子（valleytronic）”器件

据MIT News网站2017年3月9日报道，美国麻省理工学院、加州大学河滨分校等研发了一种新技术，以利用谷底指数调节二维晶体膜中的电子能级。他们使用激光独立控制二硫化钨原子级薄膜晶体内两个谷底中的电子。通过调节激光频率至低于谐振频率，并增大其强度，他们能够同时移动两个谷底的能级，显示出了非常罕见的物理现象。这一发现可能最终为所谓的“谷电子”器件的开发奠定基础。

光子学

新材料有助于用光记录数据

据Physorg网站2017年3月10日报道，俄罗斯圣彼得堡国家信息技术、机械学与光学研究型大学（ITMO）等合成了具有层状结构的MOF。为了防止MOF板通过范德华力不可控制地结合在一起，夹层空间用有机液体填充。他们汇集了层内和层间激子。层间激子更稳定，但移动缓慢，因此研究人员建议将其用于数据记录。两种类型的激子均适合于处理光信号。

量子科学

同时检测单个量子点中的多个自旋状态

据Science Daily网站2017年3月13日报道，读出量子点的电子自旋是实现量子计算所必需的。日本大阪大学、东京大学等使用位于砷化镓量子点附近的量子点接触电荷传感器。电荷传感器的电流变化取决于量子点的自旋状态，并用于区分单重态和两种类型的三重态自旋态。通过使用自己的装置，他们识别了量子点中的一个基态和两个激发态。其发现标志着在实现量子计算的道路上向前迈进了一步。

传感器

超材料如何重塑3D雷达成像

据MIT Technology Review网站2017年3月10日报道，美国杜克大学，华盛顿大学等使用超材料构建了合成孔径雷达。动态表面的灵活性可用于引导定向波束以增强信号强度，在模式中创建零点以避免干扰，用宽波束探测大的感兴趣区域，甚至同时用波束集合探测多个位置。因为它们的方向随机变化，所以它们能够比常规波束（仅指向一个方向）覆盖更宽的区域。动态表面孔径有望在整个微波传感领域做出重要贡献。

北极光的最新研究将有助于提高卫星导航精度

据Science Daily网站2017年3月13日报道，英国巴斯大学、美国约翰霍普金斯大学等最新研究发现，北极光等离子体中不存在湍流。他们确认粒子沉淀导致亚暴发生时的L波段增强相位闪烁，而亚暴会导致全球导航卫星系统（GNSS）故障。然而，大尺度结构并没有级联成较小尺度的结构，从而导致无振幅闪烁的增强相位闪烁。实验得到的新见解可更好地表征空间天气可能对卫星远程通信和导航服务产生的影响。

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