上海交大基于相对论激光等离子体的强太赫兹辐射源研究获突破

◎ 本刊记者 周 烨

上海交大基于相对论激光等离子体的强太赫兹辐射源研究获突破

◎ 本刊记者 周 烨

太赫兹(THz)辐射位于中红外和微波辐射之间，由于其单光子能量低和谱“指纹性”等独特优势，在材料科学、生物医疗和国防安全等领域具有重要应用。然而大能量太赫兹辐射源的缺乏是限制太赫兹科学发展的关键瓶颈问题之一。

上海交通大学张杰院士研究团队基于相对论激光等离子体的强太赫兹辐射源研究获重要进展。该团队廖国前、远晓辉等人利用200TW激光装置，将研究范围拓展到在固体靶后的太赫兹辐射产生。在相对论飞秒激光与固体薄膜靶作用中，在靶后产生了单发能量近400微焦的太赫兹脉冲，这已与大型加速器产生的太赫兹脉冲能量相当。太赫兹辐射产生的物理图像为：相对论激光与等离子体相互作用产生了大量前向超热电子，这些电子从靶后表面逃逸到真空中时，会激发渡越辐射。由于电子束的脉冲时长为几十飞秒到皮秒量级，所以相干辐射波长在太赫兹波段。实验还发现，离子束与太赫兹辐射呈现非同步的变化规律，表明太赫兹辐射与离子加速的产生机制并不一样，这与目前国际主流的认识不同。该团队提出的产生机制和实验演示不仅为实现小型化、大能量、宽谱太赫兹辐射源开辟了新途径，而且有望发展成为一种在线诊断激光等离子体相互作用的新方法。相关研究成果日前发表在国际知名刊物《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

纳米线电穿孔技术用于水处理消毒领域

清华大学环境学院胡洪营研究团队近期在水处理消毒技术领域研究取得重要进展。该研究发展了一种基于新型纳米线电穿孔消毒技术，利用纳米线的空间尺度效应，在较低外接电压下于纳米线尖端附近产生强电场对细菌进行电穿孔杀灭。研究者将纳米线负载于三维电极上以提升细菌与纳米线尖端强电场接触概率，进一步提升消毒效率，最终该技术在外接电压1 V，接触时间7 s时，实现水中细菌全部杀灭。此消毒过程无副产物生成，同时消毒之后无细菌复活现象发生。该技术可为偏远地区或贫穷地区居民提供可靠的安全饮用水消毒保障。相关研究成果发表在最新一期环境科学顶级刊物《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）上。

随着可穿戴设备发展迅速增长，可穿戴传感技术的研究也日益深入。可穿戴柔性力学传感器可与衣物集成或直接接触人体，能够对肢体运动、心跳等多种生理活动实时监测。传统的电阻式和电容式传感器，由于没有类似于非对称结构等的特殊设计，不易检测出不同方向的力学变形的，不利于复杂多维运动的监测。传感器对外部电源的需求也影响了可穿戴系统的简单性和集成性。此外，实现包括大范围肢体运动和微弱生理信号在内的多尺度监测，仍是目前可穿戴传感研究面临的重要挑战。

离子型传感：可穿戴无源力学传感器实现对多尺度生理活动的监测

英国科学家开发出新型生物墨水用于3D打印软骨组织

近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦研究团队发展了基于离子压电效应的可穿戴离子型无源力学传感器，实现了对于人体多尺度多维活动的实时监测。离子型传感器是由离子聚合物和导电电极构筑而成的三明治结构，其中以贵金属材料或者石墨烯材料作为电极材料，以离子液体作为电解质。与电阻式以及电容式传感器相比，该离子型传感器无需外部电源，并且可以对力学变形的方向进行识别。以贵金属作为电极时，传感器在1.8%的弯曲应变下能产生1.3 mV的电压输出，而当采用大比表面积的石墨烯复合材料作为电极后，传感器的输出电压得到了大幅度的提高。通过真空气相沉积技术进行封装后，能有效实现传感器在空气中的长时间稳定性，为传感器的进一步实际应用打下基础。

英国布里斯托大学研究者开发出一种新型生物墨水，该新型生物墨水包含两种不同的聚合物成分：从海藻中提取的天然高分子材料和可用于医疗行业的损耗型合成聚合物。其中合成聚合物可以在温度升高时将生物墨水从液体转化成固体，而海藻提取物则在引入细胞营养素时为其提供结构支持。该研究团队目前已能将干细胞分化为软骨细胞和成骨细胞，可以在5周内开发出3D打印组织结构，包括一个全尺寸的气管软骨环。相关成果作为封面文章刊登于Advanced Healthcare Materials。该墨水有望通过3D打印制备出可作为手术植入物的复杂组织，患者可使用自身干细胞进行3D打印骨骼或软骨，可用于膝关节和髋关节手术。