一周科技资讯 | 智慧能源、超新星爆炸、光照或可调节情绪

01

数字化时代

像用office一样管理碳数据

7月8日资讯，当企业规划了减碳战略，却无法得知公司具体的碳排放数额时，“碳中和”就容易沦为一句口号。谷歌试图改变这一现状。

谷歌推出了一套可持续发展转型解决方案，包含了谷歌地球引擎和Carbon Sense套件。谷歌地球引擎可以为企业碳管理提供偏宏观的洞察，而Carbon Sense则是为企业提供运营过程中碳排放的精确数据。（@ 36碳）

这项工作可以用来帮助企业精确获得碳排放数据、并进行碳排放管理，推动实现能源的可持续发展。

图1 谷歌地球引擎

来源：https://mp.weixin.qq.com/s/fQtnQuglMDsPLF4qEvEtSw

吹一口气就可解锁智能手机

7月4日资讯，人们解锁手机，从初期的按键、图形解锁，慢慢发展到目前广泛应用的指纹解锁、声音解锁以及人脸识别等。日本的一项科学研究为智能手机解锁提供了另一种全新的方案——通过“吹一口气”就能解锁。

日本九州大学和东京大学科研团队合作，首次通过人工嗅觉传感器系统，对人呼吸中的化合物进行解析，进而实现验证个人身份的效果。他们利用 16 个通道化学电阻传感器阵列，结合机器学习技术制造出“人造鼻”，并成功实现了 97% 以上的平均准确度。此外，该研究还展示了传感器数量对准确性和再现性的影响。（@DeepTech深科技）

这项工作除了使得解锁手机更加便利外，还保证了手机数据的安全性，将来或可用于其他密码学领域，大幅提高其便利性与安全性。

图2 基于呼吸气味感知的个体认证的图形工作流程

来源：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/CC/D1CC06384G

02

生命健康

光照或可调节人类情绪和认知

人类能感觉到环境光照的变化，而这些变化可以反过来影响人类的昼夜节律、视觉反射、情绪和认知处理能力。

美国布朗大学卡尼脑科学研究所的研究团队使用功能性核磁共振成像（fMRI），发现了 26 个能受到光线变化刺激的大脑区域, 相关论文《Luxotonic signals in human prefrontal cortex as a possible substrate for effects of light on mood and cognition》于 7 月 6 日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）。（DOI：10.1073/pnas.2118192119）。

这项研究显示在人类体内，可能存在连接内在光敏视网膜细胞和大脑前额叶的用于调节情绪的神经通路，或有助于治疗季节性情感障碍和抑郁症等疾病。

图3 光照对大脑的影响

饥饿也许会让人暴躁

每当饿着肚子的时候，人总是会容易烦躁不安，并且会变得易怒。你可能会听过起床气，但这饥饿气还真不确定有没有。

英国科学家的一项研究告诉我们饥饿气其实并不是错觉，而是真的存在。研究表明，饥饿给易怒和生气带来的变化程度都在30%以上。这些负面情绪的变化与志愿者的饥饿程度波动是密切相关的。相关论文《Hangry in the field: An experience sampling study on the impact of hunger on anger, irritability, and affect.》于7月7日发表在《PLOS ONE》。（DOI：10.1371/journal.pone.0269629）

这项研究展现了饥饿与负面情绪之间的关系，有助于人们更好地控制个人情绪。

图4 食物与情绪

声音或能镇痛

功能性磁共振成像 (fMRI) 研究表明，在人类暴露于音乐的过程中，调节疼痛处理的多个大脑区域的活动发生了变化。

中国科学技术大学张智、安徽医科大学陶文娟及美国国立卫生研究院 Liu Yuanyuan作为共同通讯在Science发表题为「Sound induces analgesia through corticothalamic circuits」的研究论文，该研究发现声音的镇痛作用取决于小鼠中相对于环境噪声的低（5 分贝）信噪比 (SNR)。病毒追踪、显微内窥镜钙成像和自由移动小鼠的多极记录表明，低信噪比声音抑制了从听觉皮层到丘脑后核和腹后核的谷氨酸能输入。（DOI：10.1126/science.abn4663）

该研究通过破译听觉系统在疼痛处理中的作用，揭示了声音促进镇痛背后的皮质丘脑回路，有利于人们更好地克服疼痛感。

图5 相对于环境噪声的低强度声音在小鼠中引起镇痛

03

太空探索

非典型超新星爆炸

7月8日资讯，在天文学中，超新星被认为是一种恒星末期灾难性的爆炸，尤其是热核超新星，通常标志着一颗白矮星的彻底毁灭。当几位天文学家用哈勃太空望远镜发现超新星 SN 2012Z 所在地时，他们震惊地发现这颗恒星在爆炸中幸存了下来，而且变得比以前更亮。

在SN 2012Z超新星爆炸中，释放的能量并不足以将原先的白矮星彻底炸散，而且其被抛散出去的残骸也大多因为引力重新坠回了它的核心。因此，这颗白矮星不仅在爆炸后存活了下来，甚至还变得比之前更亮了。（@知社学术圈）

这项研究有助于人们更加精确地去了解行星不同寻常的亮度变化与宇宙扩张和暗物质强度之间的关联，进而推动对太空的探索与发现。

图6 双星系统互相吸取质量会形成独特的“泪珠”形状

来源：华威大学/马克·加里克

北极臭氧层损耗会改变北半球气候

地球的臭氧层可以吸收紫外线，但人类释放的大量氯氟烃等气体导致臭氧层遭受严重破坏，目前南极上空每年都会出现臭氧空洞，北极上空臭氧层的臭氧浓度也会周期性降低。

研究表明，臭氧损耗会导致平流层变得更冷。这一冷却效果拉长了极地涡旋在春季的持续时间，而极地涡旋会把寒冷的北极空气带向南面，导致北半球的地表温度和降水异常。相关论文《Springtime arctic ozone depletion forces northern hemisphere climate anomalies》于 7 月 7 日发表于《Nature Geoscience》。（DOI：10.1038/s41561-022-00974-7）

这项研究有助于人们更好地了解臭氧层对气候环境的影响，加强对全球环境的掌握，帮助人们更加合理的制定气候温度政策。

图7 地表气候变化

04

生物技术

澳大利亚开发出

识别新冠病毒变异毒株新方法

7月8日资讯，澳大利亚一个研究团队最新报告说，他们利用机器学习技术开发出“更快、更全面”的新冠病毒变异毒株识别方法。不同于目前采用的监测病毒刺突蛋白突变的识别方法，新方法通过分析变异毒株完整基因组确认新出现的危险变异毒株。

据介绍，研究团队开发出一种功能强大的机器学习工具，利用它分析了约1万个新冠病毒样本的基因组，由此确定117个与患者症状相关的单核苷酸变异。这一新方法能够比卫生部门提前一周识别出那些需要监测的新变异毒株。（@新华社）

这项工作能够更新每小时的变异毒株信息，迅速提供给公共卫生决策者，让医疗系统为可能的需求增加做好更充足的准备。

图8 新冠病毒检测点

来源：https://www.sohu.com/a/565439848_162758

最古老脊椎动物

脊椎动物的诞生，是近40亿年生命演化史上最闪耀的瞬间之一。脊椎使得动物拥有更强的捕食能力、灵活性，能适应更广泛的生存环境。

由南京大学地球科学与工程学院姜宝玉教授课题组和中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的团队，在脊椎动物早期演化研究中取得重要突破。研究确认，云南虫是脊椎动物最原始类群。相关论文《Ultrastructure reveals ancestral vertebrate pharyngeal skeleton in yunnanozoans》于7月7日发表在《Science》。（DOI：10.1126/science.abm2708）

这项研究为揭示脊椎动物的起源和早期演化提供了关键证据，也将对脊椎动物颌和其他关键特征演化的探索产生深远的影响。

图9 古老的脊椎动物

05

先进材料

超薄复合固体电解质膜

全固态锂离子电池由于采用了固态电解质替代传统有机液态电解液，符合未来高安全性高能量密度锂离子电池发展的方向。而要实现全固态锂离子电池的商业化关键就是要找到一种同时具有成本低，电导率高，化学稳定性好，电压窗口宽等优点的固态锂离子电解质材料。

材料学院南策文院士、沈洋教授团队研究了一种可弯曲的、具备高锂离子电导率的超薄复合固体电解质膜，相关成果以“Li6PS5Cl基电解质的超长循环全固态电池”（Super Long-Cycling All-Solid-State Battery with Thin Li6PS5Cl-Based Electrolyte）为题，近日在线发表在国际期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上，并作为当期封面文章发表。

这项工作会对制备薄而高性能的复合电解质材料有所启发，并为实现具有高性能的、可产业化的实用硫化物基全固态电池指引方向。

图10 超薄复合固态电解质膜的制备工艺及材料表征

高熵热电材料

热电材料能够实现热能与电能之间的直接转换，在低品质环境废热的回收利用领域展现出了无可替代的优势，具有极大的应用前景。

南方科技大学物理系讲席教授何佳清团队在由高熵稳定获得的极低晶格热导率基础上，通过调控电子局域化程度，避免了无序引入对电子传输的影响，从而使高熵碲化锗基材料的电性能得到了显著提升。相关论文“具有高热电性能和高发电效率的高熵碲化锗基热电材料”（High figure-of-merit and power generation in high-entropy GeTe-based thermoelectrics）于7月8日发表 在《Science》。（DOI：10.1126/science.abq5815）

这项研究实现了电性能和热性能的协同优化，极大地提高了材料的热电转化效率。 

图11 通过调控原子位置改变电子局域化程度

石墨变钻石

碳（C）具有许多同素异形体，其中最普遍的是石墨和金刚石，而金刚石是钻石的原身。在不同的合成条件下，可以从石墨转变为金刚。但是，了解石墨如何转变为金刚石仍然面临重大挑战。

燕山大学赵智胜教授和田永君院士等人使用最先进的扫描透射电子显微镜（STEM）研究了在静态高温高压（HPHT）条件下处理的石墨产品，破解了静态合成钻石存在的难题，而且揭示了其他碳材料和氮化硼在不同合成条件下的转化机制。相关论文 “Coherent interfaces govern direct transformation from graphite to diamond”于7月6日发表在国际著名期刊《Nature》上。（DOI：10.1038/s41586-022-04863-2）

这一研究有助于揭示金刚石相关材料的纳米结构和性能，为人类追求理想的机械和电子性能组合提供了指导，例如同时实现超硬度、高韧性和导电性。

图12 从石墨到金刚石的能量势垒和转化过程

文字 | 庄伟建

排版 | 庄伟建 王昕阳

审核 | 傅宇杰 陈星安 许鹤麟 王嘉清

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