将蒸汽转化为电

图中这台巨大汽轮机的任务,是在一家中国的热电厂发电。不管是用核能、煤或燃气,还是用油来进行驱动,这种汽轮机的工作原理都是相同的：汽轮机由固定的导向叶轮和可变的汽轮叶片组成．通过热能在设备中所获取的蒸汽流经汽轮机,由于压力下降汽轮机会逐渐加速,并将动能传输给汽轮叶片,再由转动着的汽轮机轴对产生电能的发电机进行传动——其原理就像现在电动自行车用的电机一样。     

广角光接收机研究进展

广角光接收机在无线光通信、传感和检测系统中有明显的优势和广泛的应用前景. 然而, 当它采用传统光器件来实现时, 其视场角会受到这些组件内在矛盾的限制, 而传统的视场角扩展机制无法从根本上打破这些束缚. 为此, 提出金属等离子表面波(SPP)作为有效实现广角接收机的潜在机制. 文中列举了两个SPP的应用实例, 生动地说明了它可以破解一些传统方法无法克服的矛盾, 提供意想不到的解决方案; 而且, 在某些情况下, 为了利用SPP, 人们需要探索一些不寻常的条件. 探讨了SPP在光异常透射效应中的几种机制, 并认为与入射角度无关的局域金属等离子表面波(localized SPP)最适合用来实现广角接收. 还报道了关于斜入射空间光激励SPP的结构优化的一些最新进展.     

蒸汽珠状冷凝传热的研究进展

蒸汽在固体表面的冷凝现象普遍存在于自然和生产生活当中.探究凝结液生成机理和热质输运过程,对实现凝结过程有机调控具有重要价值.珠状冷凝由于其高效的换热能力及其在防冰除湿、海水淡化等领域的重要作用,备受学界关注.功能界面制备技术的快速发展助力了传热调控的迅速发展,帮助加深了对相关机理的理解,同时也催生了许多新的科学问题和研究方向.本文通过介绍部分代表性工作,回顾了蒸汽珠状冷凝的研究历史,讨论了其形成机理,总结了传热模型的发展历程和功能表面的制备技术,归纳了存在的问题并探讨了未来的研究方向.     

甲烷均相转化研究进展

在绿色、经济的反应条件下实现甲烷的直接转化一直是化工能源领域面临的重大挑战之一.在过去的10年中,有机合成化学家们相继发展了多种甲烷均相转化方法,为利用丰富的甲烷作为化工原料来合成高附加值的化工产品提供了新的转化途径.本文从反应作用机制方面总结了近年来甲烷均相转化领域的研究进展,包括过渡金属和主族金属参与的,以及光促进的甲烷均相转化等.在这些研究进展中,过渡金属催化的甲烷转化方法占据主要,涌现了对甲烷碳氢键进行亲电活化、氧化加成和卡宾插入等多种不同活化机制.引人注意的是,光催化模式利用清洁的光能为反应提供能量,为甲烷的均相转化提供了一种更加绿色可持续的化学转化方案.文末对发展更多高效的光促甲烷转化反应及其应用前景进行了展望.     

主动光钟的研究进展

主动光钟是一种在腔反馈条件下以工作于原子跃迁谱线的光频受激辐射直接作为量子频率标准的新型原子光钟,有望将传统光钟稳定度提高2个量级,从而推动光钟的技术进步,应用更趋广泛.本文简述了光钟的发展历程及目前的关键技术瓶颈;介绍了主动光钟的基本原理;讨论了主动光钟的几种实验方案,包括坏腔二能级、三能级激光型主动光钟、四能级主动光钟和法拉第主动光钟等方案,详细分析了这些方案的实验原理和结果;除了介绍基于铯原子气室的法拉第原子滤光器实现主动光钟的实验研究结果,同时还简单描述了用魔术晶格囚禁冷锶原子实现基于689 nm超窄法拉第原子滤光器的主动光钟方案,以及工作于好腔条件下的法拉第光钟.最后,将这几种方案进行了综合分析与对比,展望了主动光钟进一步发展的前景和潜在应用.     

光电化学免疫分析研究进展

光电化学分析是近年建立起来的一种基于物质的光电转换特性而进行检测的新型分析方法,它具有灵敏度高、设备简单、易于微型化等特点.光电化学免疫分析则是光电化学分析与免疫反应的结合,体现了光电化学传感的高灵敏度和免疫反应的高特异性.其基本方法原理是,在光照条件下,光电活性物质将免疫反应转变为电信号,从而实现对待测物的定量测定.在过去10年中,伴随着光电化学分析技术的进步,光电化学免疫分析经历了快速发展的过程.本文介绍了光电化学免疫分析的方法原理和特点,对其代表性的研究工作进行介绍和评述,并展望其未来的发展趋势.     

光动力活性氧的研究进展

在光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)治疗癌症的过程中,由光敏剂介导产生的活性氧起到了关键作用.本文主要从PDT三要素(光、氧气、光敏剂)所涉及的光敏剂靶向性、光照频率转换、氧气递送等方面介绍了增加靶部位活性氧(reactive oxygen species,ROS)的方法;总结了用于单线态氧直接检测的光电倍增管、单光子雪崩二极管、负反馈雪崩二极管检测器,以及间接检测单线态氧、羟基或超氧阴离子的新型荧光或化学探针;描述了ROS引发的从基因、蛋白质到细胞层面的凋亡信号通路以及免疫反应诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制.     

光温敏雄性不育水稻的研究进展

50年前,袁隆平提出杂交水稻生产的设想,在中国科学家的努力下得以实现并应用.半个世纪以来,杂交水稻在中国和多个国家得到了广泛的种植,为粮食安全提供了有力的保障.近20年来,以光温敏两用雄性核不育系为基础的两系杂交稻在水稻生产中占据越来越重要的地位.中国科学家发现了多个具有实用价值的光温敏雄性不育系,并开展了系统研究,对两系法杂交稻的广泛推广发挥了关键作用.近年来,几个重要的光温敏雄性不育基因被成功克隆,并初步阐明了其作用的分子机理,对于培育新型优良的不育系具有重要意义.本文将介绍杂交水稻在中国的发现和研究现状,以庆祝50年前袁隆平先生提出杂交水稻生产的设想.     

癌症光动力治疗仪的研究进展

光动力治疗是一种可对癌症进行微创介入治疗的新技术,具有创伤小、毒性低、恢复快、选择性和适应性好、可重复/姑息治疗等诸多优点.它利用光敏剂和氧分子在光照时发生的光动力反应,使肿瘤细胞受损乃至坏死,达到肿瘤治疗效果.光动力治疗仪是利用光动力疗法进行癌症治疗时需采用的一种新型医疗仪器.它主要包括光源、光传输系统、控制系统和监测系统等几部分.稳定灵活的光动力治疗仪极大地提高了光动力治疗效果,促进了光动力治疗在临床中的应用.本文主要分析和总结了癌症光动力仪中的重要组成结构的设计,结合光动力治疗仪产品的介绍,对光动力治疗仪的现状和发展进行了比较详尽的阐述和展望.     

钽酸钾界面超导的发现与研究进展

两个绝缘氧化物的界面可以导电,甚至超导,这种现象引起了研究人员的广泛关注.在过去一二十年里,最经典的体系是以LaAlO₃/SrTiO₃为代表的SrTiO₃界面电子气及超导(2004年发现界面电子气, 2007年发现界面超导).最近,钽酸钾(KTaO₃)界面超导的发现为相关研究注入了新的活力.这一新的氧化物界面超导体系比经典的SrTiO₃体系具有更高的超导转变温度、更强的自旋轨道耦合以及相媲美的可调控性.本文对钽酸钾界面超导的发现和研究进展进行了简要评述,概述了钽酸钾的基本性质、钽酸钾界面超导的发现历程、主要物性特征以及调控方法,探讨了钽酸钾界面电子气的形成机制与超导机理,对钽酸钾界面超导的未来发展进行了展望.希望本文能够帮助读者更好地了解氧化物界面超导领域尤其是钽酸钾界面体系的发展近况.     

水在二氧化钛表面的光反应机理研究进展

利用太阳能光解水生成氢气一直是光催化领域的研究热点之一.在过去的几十年,利用二氧化钛来实现光催化分解水产氢被广泛研究.但是,由于体系的复杂性,水在二氧化钛表面的光解离反应机制至今仍有很多基本问题尚未得到解释.因此,从微观层面上理解水在二氧化钛表面的光解离机制对于能源化学和光催化而言均具有重要意义.本文系统综述了水在二氧化钛单晶表面光解离机理的最新研究进展,分析了影响光催化水解离效率的因素(如表面结构、分子间氢键、光子能量等),并对光催化模型进行了开放性讨论,指出了电荷/能量转移以及电荷载体与吸附质的相互作用在水光解离过程中扮演的关键作用,希望能为开发更高效的光催化剂提供线索.     

在导电界面反射电磁波的横向偏移研究进展

综述了在导电界面反射电磁波的横向偏移研究现状. 对在导电界面反射电磁波的横向偏移时间和横向偏移规律进行了分析, 并介绍了横向偏移随入射角变化曲线的分布特点. 对电磁波测井还介绍了电磁波横向偏移效应的校正方法及电磁波横向偏移所产生误差的量级分析, 电磁波波长越长, 对测量结果的影响就越大. 针对考虑非均匀电磁波横向偏移效应的测量问题, 指出了在实际应用中尚需解决的实际问题, 并展望今后的研究发展趋势和应用前景.     

黏接界面性能劣化的非线性超声检测研究进展

作为传统机械连接的重要补充形式,黏接结构在工业领域应用广泛.在外载及环境因素的综合作用下,黏接界面的性能会出现劣化,严重影响黏接结构的安全使用.因此,黏接界面性能检测一直是无损检测领域的热点和难点问题.线性超声技术能有效实现黏接界面中分层、脱黏等损伤的检测,但难以实现黏接界面早期劣化(如界面闭合缺陷、界面弱黏接等)的检...     

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

光合作用过程中,植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能,并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体,并参与植物在不同光照环境的适应调节过程,了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。     

血卟啉衍生物对Bacillus subtilis转化体系的光动力作用

血卟啉衍生物(即HPD)作为光敏化剂,在恶性肿瘤的激光治疗和癌的诊断,以及它在临床上的评价受到人们普遍注意。许多研究证实激发单线态氧(~1O_2)是HPD产生细胞毒的主要因素,但详尽的阐述癌细胞致死的机制还须开展研究。有关HPD敏化的光动力作用对细胞的损伤的靶部位,一直是人们关心的问题。以往的工作多集中于膜的损伤,特别是膜脂的     

芳炔参与二氧化碳化学转化的研究进展

作为可再生的碳一资源,二氧化碳的化学转化具有重要的生态意义和经济价值.苯炔是高活性的中间体,其参与的二氧化碳的化学转化反应可以实现苯环邻位同时构建两个官能团的策略,在温和条件下有效构筑C芳基-CCO2键,得到精细化学品中重要的中间体芳香羧酸类化合物.本文总结了苯炔经由亲核试剂驱动参与的二氧化碳的多组分反应,以及过渡金属...     

铝硅酸盐无机聚合物转化法制备先进陶瓷材料研究进展

铝硅酸盐无机聚合物及其转化制备的陶瓷材料具有节能环保、制备温度低、耐热性能良好、热学性能可调控的优点,因此在航空航天、原子能、生物以及化工等领域具有广阔的应用前景.此外,随温度升高,铝硅酸盐无机聚合物会转变为辉石或榴石陶瓷,具有可调控的力学和热学性能;铝硅酸盐无机聚合物的低温成型特性也使得增强的种类选择非常广泛,并且可以很方便地引入.因此铝硅酸盐无机聚合物技术为低成本成型制备高性能陶瓷和陶瓷基复合材料提供了一种新工艺.本文综述了铝硅酸盐无机聚合物热演变、结晶动力学、显微组织结构演变、性能演化等方面的主要研究进展,并阐述了碳纤维强韧铝硅酸盐无机聚合物复合材料的陶瓷化过程和性能演化研究,指出了今后的发展方向.     

光电化学反应中界面气泡多尺度作用机制的研究进展

太阳能驱动的光电化学转化制燃料是解决能源危机、助力我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标达成的重要途径.常见的光电化学转化制燃料包括光电催化分解水制氢、二氧化碳转化制碳氢燃料等.上述光电催化反应是一个典型的界面析气反应过程,可在界面位点生成多种气体燃料.反应界面析气过程从表面的气体成核开始,以两相流结束.需要指出,该过程涉及不同时间和空间尺度的匹配以及各子过程的相互作用,对界面光子、电子、分子、离子等多载能子的耦合传输与转化有关键影响.本文的目的是阐明析气反应界面气泡生长各过程之间的内在联系.首先,以光电催化分解水为例,分析光电极表面气泡动力学多尺度过程及其对界面能质传递和转化的作用机理;随后,详细讨论微观尺度界面气泡成核、介观尺度气泡生长、宏观尺度气液两相流这一系列界面气泡生长演化的多尺度过程,并分析每一个子过程之间的耦合作用及其对光传递、物质传递、物质转化的影响规律;最后,对光电化学反应中界面气泡多尺度作用的研究挑战和未来方向进行展望.     

有机氯脱氯转化的铁还原菌与铁氧化物界面的交互反应

脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis, S12)是一株异化铁还原菌, 在厌氧条件下能够以三价铁(Fe(Ⅲ))为末端电子受体, 将其还原成亚铁(Fe(Ⅱ)). 本研究以脱色希瓦氏菌、铁氧化物(a- FeOOH)与有机氯(三氯甲烷和五氯酚)三者为基本要素, 构建了一个有机氯脱氯转化的铁还原菌-针铁矿界面交互反应体系. 结果表明, S12对照体系的直接脱氯效果较弱, a-FeOOH非生物体系具有一定的脱氯效果, S12+a-FeOOH交互反应体系的脱氯转化动力学显著提高. 体系中铁物种浓度的变化和氧化还原性能的表征结果显示, 铁还原菌S12促进界面脱氯转化的主要原因是S12能够有效促进吸附态Fe(Ⅱ)的生成, 并持续提高体系的还原能力. 这些结果将为铁还原菌-铁氧化物界面可还原性毒害物的脱毒转化研究提供借鉴.     

核壳结构设计及界面键合实现氮化钽光阳极快速空间电荷分离

<正>光电催化(PEC)分解水是指在一定外加偏压下利用禁带宽度合适的半导体材料吸收太阳能产生电子-空穴对以驱动水的还原和氧化反应.自1972年Fujishima和Honda[1]首次报道Ti O2光阳极在紫外光和外加电压下实现水分解产生氧气和氢气以来,经过半个世纪的研究, PEC分解水已经发展成为将太阳能转化为可储存氢能的一种简便而有效的方法.