柔性可穿戴传感器及大面积阵列制造新方法

柔性可穿戴传感器作为穿戴式电子系统的重要组成部分，在个人健康监护、人机交互体系以及人造电子皮肤等领域具有广阔的应用前景，是当下最前沿的研究领域之一。文章概要介绍了不同类型的柔性可穿戴传感器的研究现状，简略归纳了柔性传感器中的关键技术参数，同时对柔性传感器大面积阵列制造所面临的挑战及新方法进行了阐述和分析，最后展望了柔性传感器未来的发展趋势。     

可穿戴式柔性电子应变传感器

传统的电子应变传感器大多基于金属和半导体材料,其便携性、柔韧性和可穿戴特性差.随着柔性电子材料和传感技术的快速发展,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人等领域的应用引起人们越来越广泛的关注.由于生物相容性好,同时兼具可穿戴性、实时监测、非侵入式等一系列优点,高弹性和可拉伸性应变传感器的开发逐渐成为研究热点.本文综述了近年来可穿戴式柔性电子应变传感在材料发展、传感机理、集成输出及潜在应用等方面的研究进展,对可穿戴式柔性电子传感器所面临的挑战做了简单讨论,提出了一系列可能的优化及解决方案,并对其未来的发展方向进行了展望.     

导电微纤维的微流控制备及其在柔性电子领域的应用

柔性电子是一种新兴的电子技术.近年来,随着电子材料研究的深入,柔性电子已成功地与多个学科领域结合,成为跨学科研究的热门领域之一.与传统的刚性电子产品相比,柔性电子在轻便性、生物相容性、可穿戴性、机械稳定性和灵活性等方面展现出极大的优势.而纤维材料作为柔性电子系统的基础结构之一,其具有质量轻、机械柔韧性好、功能性多样的优点,在柔性电子膜、纺织品、可穿戴设备等多个行业中发挥着重要作用.在多种纤维制备方式中,微流控可以实现对微通道流体的精准操控,被证实可以实现多样化结构微纤维的制备.随着理论研究的深入和技术工艺的革新,微流控技术被认为是一种经济而有力的用于制造柔性导电微纤维的工具,并推动了其在柔性电子器件如传感器、储能器等方面的应用.因此,本文首先总结微流控纺丝技术在导电微纤维制备领域的研究进展,包括实心结构、核壳结构及多组分结构微纤维的制备;然后,重点介绍导电微纤维在传感、能量存储、组织工程等柔性电子领域的应用进展;最后,针对导电纤维用于柔性电子领域将面临的挑战和发展方向进行展望.     

机器学习在可穿戴智能传感系统中的应用与进展

近些年,随着传感器和集成电路制造工艺的高速发展,可穿戴设备的应用越来越多;同时,利用人工智能和机器学习方法来辅助和促进可穿戴系统的应用也得到了广泛的研究.机器学习辅助的可穿戴智能传感系统可以跟踪监测人体活动和生命体征信号,在人机交互、数字健康乃至临床诊断等领域具有重要的应用前景.本文详细介绍和讨论了近期可穿戴传感器件、机器学习算法及其辅助可穿戴传感应用等研究进展,并探讨了机器学习辅助的可穿戴传感系统面临的挑战,总结了有待改进之处.同时,本文也针对机器学习在可穿戴传感系统中的进一步应用提出了潜在的解决方案和可能的发展方向.     

高韧柔性电子制备的新途径

<正>柔性电子技术将电子器件制作在柔性基体材料上,赋予传统电子器件可延展、可穿戴等特征.这一技术在各领域,尤其是生物医疗领域有着广泛的应用前景,例如能够与人体表面紧密贴合的柔性电子器件,可以实时检测人体的生理参数,从而可实现从当前疾病的治疗到将来疾病的预防和健康管理的医疗模式转变.与人体组织集成的柔性电子对基体材料提出了苛刻要求:既要十分柔软(低弹性模量),能与复杂的目标表面充分贴合,又要十分强韧(较高强度),     

自愈合柔性储能器件研究进展

柔性储能器件由于具有可弯曲、折叠、拉伸等特点而广泛应用于智能皮肤及柔性可穿戴器件等领域.但是储能器件在柔性变形过程中会导致电极材料产生微裂纹甚至脱落,显著降低储能器件的电化学性能及使用寿命.自愈合的柔性储能器件通过在材料中引入愈合剂或者可逆化学键,致使材料在发生机械损伤时自动愈合,恢复材料的微观机械结构及电导率,进而实现储能器件的机械柔韧性及电化学性能的修复.本文总结了自愈合机理,针对柔性储能器件主要介绍了基于可逆非共价键及共价键诱导的具有自愈合功能的柔性电极、电解质、基底和封装材料的发展现状,最后总结探讨了自愈合柔性储能器件所面临的挑战及未来发展方向.     

前沿

<正>世界首款可穿戴无人机美国斯坦福大学研究员设计的一款可穿戴四旋翼无人机能够佩戴在手腕上。这款无人机名为"Nixie",折叠后变成一个腕带,它是世界上第一款可穿戴无人机。用户可以利用计时器或者手势召唤Nixie,只需要按一下按钮,便可展开Nixie,放飞后可利用机载运动传感器追踪操作者。     

基于高电导率石墨烯膜的低功耗柔性应变传感器

正人们往往通过感觉器官(如眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮肤等)获得外界信息.然而,随着科技的日益发展,人体的感官已经不能满足生产活动中高精度测量的应用需求,各类型的传感器应运而生.作为传感器的一个分支,应变传感器用于定量探测物体表面的变形,在可穿戴电子设备、机器人、人体健康监护系统、语音康复训练系统等领域,展现出巨大的应用潜力.应变传感器可以分为电容式、压电式、电阻式、摩擦生电式四种类型[1].     

用于超级电容器的柔性多孔富氮碳电极的制备与性能

柔性固态超级电容器作为一种新型能量存储器件,与传统平行板电容器相比可以达到更高的能量密度,相比普通电池则具有更大的功率密度和循环使用寿命,展示出良好的电化学性能,并具有高功率密度和循环稳定性好等优点,因而受到越来越多的关注,在可穿戴设备、柔性电子器件等诸多领域有着广泛的应用.目前,柔性电极材料的选取与制备是柔性超级电容器研究中十分活跃的方向,其中,碳基电极因为具有良好的电导性能、循环稳定性、高功率密度等特点,被国内外学术界广泛认可.本文提出了一种高效、简便制备碳基电极的方法,得到多孔富氮纳米片结构的碳电极,并对不同实验条件下的碳化电极样品做了全面的表征分析与性能测试,得到了较为理想的柔性碳化电极样品,其质量比电容达26 F/g,面积比电容达226 mF/cm2,等效串联阻抗仅为4?,具有很好的电化学性能.     

基于褶皱结构的可拉伸有机电致发光器件研究进展

近年来,随着柔性和可穿戴电子设备的发展,人们对可拉伸设备的需求不断提升,促进了可拉伸电子器件的快速发展.可拉伸显示器在可拉伸电子设备中起到信息传递和人机交互的作用,是可拉伸电子设备的重要组成部分.可拉伸发光器件作为可拉伸显示器的核心组成部分之一,受到广泛关注.随着材料、工艺和器件结构设计的不断发展与进步,可拉伸发光器件的研究得到快速发展,多种策略被开发出来用于实现器件的拉伸性,且器件性能显著提高.其中,基于褶皱结构的可拉伸有机电致发光器件因其优异的光电性能和机械拉伸性而在可穿戴电子设备、电子皮肤、智能服装等领域展现出较大的应用潜力,成为制备可拉伸显示器的候选器件之一.本文对基于褶皱结构可拉伸有机电致发光器件的研究进展进行综述,首先介绍了褶皱结构的形成机制及相关的理论,然后对褶皱结构型可拉伸有机电致发光器件按照拉伸维度和褶皱有序性进行分类,总结了不同类型器件的设计思路、制造方案和器件性能特点.最后,简要讨论了褶皱结构可拉伸有机电致发光器件存在的一些挑战及对未来的展望.     

湖泊——内陆水体微塑料污染的热点区域

近年来越来越多的研究开始关注内陆水体的微塑料污染状况。湖泊由于其独特的水文水动力特征，可能成为流域内微塑料的重要汇，因此湖泊也是内陆水体微塑料污染研究重点关注的区域。目前，对北美洲、亚洲、欧洲、非洲和南美洲大中型湖泊的相关研究发现了丰度较高的微塑料污染。流域内人类活动产生的塑料垃圾是湖泊微塑料污染的主要来源，并且对湖泊中微塑料的分布产生重要影响。人类活动密集的湖泊和水库区域微塑料丰度也较高。风力和湖流作用下微塑料在湖泊内水平迁移；而在相对静稳的湖泊中，水动力条件、生物膜和颗粒物的协同作用、水生生物的摄食，使得微塑料从水表层到沉积物表层垂向迁移。未来，湖泊微塑料污染还需要采用标准化调查方法，进一步解析微塑料污染的来源，并从生态系统角度评估湖泊微塑料污染的毒性效应。     

氢冶金的发展历程与关键问题

在“双碳”(碳达峰碳中和)战略背景下，以氢代碳的氢冶金成为钢铁企业优化能源结构和工艺流程、实现绿色低碳可持续发展的有效途径之一。以《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的通过为时间节点，梳理和追溯了氢冶金的发展历程。从“以煤代焦、以气代焦”到“以氢代碳、以氢减碳”，铁矿石冶炼工艺由以减少焦炭和焦煤依赖为初衷，转变为以降低碳排放为重心，再到以净零碳排放为最终目标，逐渐形成高炉富氢冶炼和全氢直接还原工艺两大技术路线。从目前中国钢铁生产结构以及降碳目标来看，长流程产钢量占90%，高炉炼铁碳排放占比大、基数大。高炉低碳冶炼是规模化实现中国钢铁工业低碳的重要路径，而高炉富氢冶炼对“双碳”过渡时期的炼铁工业应用具有重要意义。从未来钢铁行业发展及能源结构转变来看，全氢直接还原工艺是实现钢铁行业净零碳排放的重要路线。发展氢冶金的关键问题包括如何解决绿色经济化制氢和安全规模化用氢。     

极地大气科学考察与全球变化研究

南极和北极是地球上的气候敏感地区,也是多个国际计划研究全球气候变化的关键地区。极地包含了大气、海洋、陆地、冰雪和生物等多圈层相互作用的全部过程,在全球气候的形成和变化中有重要的作用。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。到2008年初,我国自主组织了24次南极考察,2次北冰洋考察和4次北极站考察;建成了南极长城站、中山站和北极黄河站,并在南极冰盖设置了5个无人自动气象站;开展了有关极地大气科学与全球变化的研究。在南北极地区,进一步加强国际合作,继续监测包括近地面温度在内的大气要素的变化,提高极地气象业务水平;拓展极地气象业务和大气科学考察研究领域,积极获取气候代用资料;进一步量化和认识极地在全球变化中的作用,及其对我国天气气候和国民经济可持续发展的影响;建立完善极地大气科学研究体系,提高极地大气科学研究水平,仍是我国极地大气科学与全球变化研究的重要内容之一。     

深部碳循环：来自火成碳酸岩的启示

全球碳循环研究对于理解现今及未来大气圈CO2浓度及其变化趋势至关重要。传统的碳循环研究多侧重于探讨碳元素在大气圈、水圈、生物圈等地球表层之间的循环过程,基本不讨论地球内部圈层碳元素地球化学的行为与循环,现在发现传统的研究方式已很难深刻认识大气圈CO2浓度变化的规律。探讨地球内部与表层碳元素双向交换过程的深部碳循环研究应运而生,成为当前全球碳循环研究的主要方向。火成碳酸岩主要由碳酸盐矿物所组成,是地球内部碳元素含量最高的岩石,因而成为深部碳循环研究的主要对象之一。当前的研究发现,相当一部分火成碳酸岩中的碳来自大气圈的CO2,是再循环的碳。地表附近消耗大气CO2所新生成的沉积碳酸盐岩借助板块深俯冲作用被带入地球内部,在（超）高温和含水条件下发生部分熔融作用,形成碳酸岩浆,后者再上侵形成火成碳酸岩,或者直接喷发至地表,碳元素又重返地球表层。因此,地球内部的构造运动主导碳元素在地球表层与内部的循环过程,进而控制大气圈CO2浓度长周期变化的趋势。     

深度模型水印

深度神经网络模型凝结了设计者的智慧，需要消耗大量数据和计算资源，是人工智能技术的重要产出物，已被广泛应用于生产和生活当中。然而，作为一种数字产品，如何保护深度神经网络模型免于被非法复制、分发或滥用(即知识产权保护)是人工智能产业化进程中必须面临和解决的难题。文章主要介绍基于数字水印的深度模型产权保护技术，通过总结深度模型水印的发展现状，对深度模型水印的研究趋势进行展望。     

海盐中微塑料的研究进展

自从海盐中检测出微塑料以来，其健康风险已引起广泛的关注。文章综述了海盐微塑料的来源、分布、物理特性、化学组成、检测技术以及相关研究进展，并对未来的研究进行展望。研究表明，海盐中微塑料可能来自海水及加工过程，产自亚洲的海盐中微塑料丰度相对较高。检出的微塑料尺寸大多小于500 μm，其主要成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。海盐微塑料检测技术主要有光学显微镜法、光谱分析法、热分析法等。     

极端干旱荒漠的“荒漠化”

本文所研究的极端干旱荒漠(简称极干荒漠)的“荒漠化”是指, 由于全球变化和人类活动在内的种种因素造成的极端干旱荒漠的土地退化. 极干荒漠占中国干旱区总面积的36.9%左右, 包括部分沙漠、戈壁、高寒荒漠、盐渍化土地、“吐加依”和劣地等类型, 其中约50%左右的土地有一定的生产力, 而且往往是荒漠地区的生物地球化学循环系统的终端, 不仅有重要的科学研究价值和新发现的巨大潜势, 并且是国民经济发展的新前沿阵地, 在能源、矿产、水资源、生态、生物多样性、旅游和特色农业等方面具有重大意义. 在当今人口越来越多、耕地越来越少的全球化的世界, 面对这些大面积还具有生产潜力的“边缘”土地, 需要重新认识和评价. 由于极干荒漠地区自然条件十分严酷, 沙尘暴肆虐,土地退化极为严重, 面临全球变化和愈来愈严重的人类干扰的挑战, 发生了一系列生态和环境的重大事件. 如荒漠盆地生物地理结构与格局和生物地球化学循环过程遭到极大的改变和破坏; 荒漠中有价值的野生动植物种质资源和珍贵基因的丧失; 荒漠自然历史和文化遗产的破坏和丧失等. 极干荒漠的荒漠化的客观存在, 是对国民经济发展和人民生活的灾难, 在当前我国国民经济强大实力和需求下, 充分发挥科学的作用, 打造出由土地-水-荒漠化防治的高端技术, 建立极干荒漠的荒漠化新概念及其治理与保育的时机已成熟. 本文根据多年考查实验, 提出极干荒漠的荒漠化分类、特征、保育和重建技术措施等.     

新型有机污染物氯代多环芳烃的研究进展

氯代多环芳烃(Cl-PAHs)是城市大气中发现的卤代有机污染物中的一类。作为一种新型有机污染物,Cl-PAHs具有与二噁英相似的毒性作用,并且在各环境介质中广泛存在,对生态环境和人体健康造成潜在的威胁。作者将从Cl-PAHs的毒性作用、形成机理、来源、浓度水平、环境行为等几个方面综述国内外关于Cl-PAHs的研究现状和最新进展。     

长隧道掘进通风及防尘技术

隧道施工,尤其特长大隧道施工,搞好通风防尘是改善洞内施工环境,提高工作效率的一个重要措施,是采用无轨运输方式,更要全力搞好。通风防尘主要解决两方面问题,一是有毒气体,主要来源于爆破炮烟和内燃机械废气;二是粉尘,主要来源于洞内开挖爆破和机械作业扬起的灰尘等。     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应:进展与展望*

  人类活动引起的土地利用/覆盖变化、气候变化、大气CO2浓度增高和氮沉降加剧等使得生物有机体的性状、种间关系、分布格局与生物多样性发生改变,进而影响生态系统过程和功能,并最终影响人类的生存和社会经济的可持续发展。应用全球变化实验结合环境梯度研究方法,我们已经就我国主要的森林生态系统和草地生态系统对全球变化的响应与适应作了初步研究。基于已开展的实验研究和数据积累,以协同研究为主要手段,结合我国独特的自然条件,今后将加强以下四个方面工作:①开展长期的多因子实验;②构建动态物种分布模拟体系;③构建数据模型融合系统;④生态系统对全球变化的区域响应和适应性的集成分析。