这项研究开拓了纳米科学的新方向(2020提供改进的超广角镜头,价格直降600

2021-11-17 09:45:32 文章来源:网络

赵东元指导学生实验。

复旦大学供图

有这样一种神奇的材料,被应用在5G手机的电路板中,能让5G手机的工业化生产成为可能;在催化领域,它能把重质的原油转化成汽柴油;它还可以用来制造新能源电池,做精细化工的药物中间体催化剂、吸附污水中的杂质……这就是介孔材料,是一种孔径在2至50纳米之间的多孔材料。

日前,2020年度国家科学技术奖揭晓。由中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元领衔,李伟、邓勇辉、张凡等团队成员完成的“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目,获国家自然科学奖一等奖。

作为我国基础研究领域的最高奖项,国家自然科学奖一等奖备受瞩目。记者日前走近“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目团队,从“微观层面、纳米尺度”上感受我国自主创新的律动。

神奇的介孔材料,在众多领域具有广泛的应用前景

有个词叫作“无孔不入”,大多数人对“孔材料”也不陌生。比如,自然界中的棉花、蜂巢,我们经常用到的干燥剂、活性炭等,都是“孔材料”。而介孔材料是20世纪发展起来的崭新的材料体系,它具有规则排列、大小可调的孔道结构,高比表面积和大吸附容量等特点,在大分子催化、吸附与分离、纳米组装及生物化学等众多领域具有广泛的应用前景。

孔材料的创造离不开化学,离不开分子自组装,这是自然界的普遍现象。“比如人体的核酸、细胞膜,都是通过一些分子‘组装’起来的,构成了万物的基础。”赵东元认为,“介孔材料之所以能够有这么多神奇的作用,是因为在这个尺度上,它具有更大的孔径和更快的传质速率,材料能够产生特殊的纳米效应。因为它们有孔,在这样的孔里面我们就可以干很多事情。”

在2001年以前,整个介孔材料都局限于无机材料,缺点是脆性大、密度高、不易加工、不可降解等。当时,做了多年无机介孔材料研究的赵东元突发奇想:能不能创造出一种有机的高分子材料来呢?

“我们学习了自然界的自组装现象,在这个基础上做了氧化硅这样一些无机化合物的介孔材料。但是,材料的另一重要组成是高分子和碳,这些材料在国民经济中占据着举足轻重的地位。只有打开这扇门,才能让介孔材料延伸出更多可能。”赵东元说。

“有序介孔高分子和碳材料的创制和应用”项目原创性提出了有机—有机自组装思想,创制了有序功能介孔高分子和碳材料,揭示了介孔独特的物质输运和界面反应规律;实现了介孔碳材料的规模化生产,推广应用于催化、储能等领域。国际学术界评价:这项研究开拓了纳米科学的新方向,是“里程碑式”的重要进展。

做出“无中生有”的材料绝非易事,团队苦战多年终有所获

为了攻克这一难题,赵东元组建起科研团队。然而,想做出“无中生有”的材料绝非易事。前几年,项目进展缓慢,少有成果产出。赵东元回忆:“我们率先提出有机高分子‘自组装’这样一个全新的思想,合成介孔电木(酚醛树脂,一种非常‘古老’的高分子材料),但是整个合成过程非常复杂,就像在一个‘黑箱子’里乱撞。”团队成员孟岩的博士论文里清楚地记录着:“起初,实验怎么也做不出介孔,做出的全都是抱团的纳米粒子……”

“这样一个复杂问题,能不能简单化?形成高分子这样的自组装过程,是否可以分步来进行?”赵东元指导学生,用一种反常规的方法进行实验。功夫不负有心人,2003年10月,团队终于测试到了一组非常漂亮的数据。“我的学生顾栋一看到结果就十分激动,半夜给我打电话。应该说我们还是非常幸运的……”赵东元回忆道。

接下来的两个月,赵东元带领团队紧锣密鼓地开展实验,调节参数、测试分析,年底就基本得到了所有数据。2005年,赵东元发表文章,在国际上率先提出了有机—有机自组装新思想,并公布了实验方法。至今,已有60多个国家和地区的1500多家科研机构开展跟踪研究,利用相似的方法研究介孔高分子和碳材料等,发表论文4万余篇,引领了国际介孔材料领域的发展。

此后,赵东元带领团队建立了体系化的合成方法学,创制了一系列不同孔径、形貌、组成、孔道结构的有序介孔高分子和碳材料;提出了多元协同共组装新策略,实现了介孔高分子和碳材料功能的精确调控,将多种功能普适性地引入高分子和碳材料中,创制了全新功能介孔复合材料;揭示了介孔独特的物质输运和界面反应规律,解决了微孔传质限制和大孔活性位点少的难题,完成了高比容量、高功率和长循环稳定性电化学储能器件,为独特的新一代药物合成催化剂、仿生离子通道、柔性微流控器件等的构筑奠定了基础,创造了巨大的经济效益。

天生我“材”必有用,做一个拿着“凿子”在微观世界里造孔的人

经过不断压缩成本,赵东元团队已将科研成果投入工业化生产,并开展大规模制备。比如:将介孔材料作为催化剂使用,大大提高重油转化效率,全国推广后每年可增产约150万吨的高质量油品;将介孔碳和介孔高分子吨级生产,运用于超级电容器,在LED路灯和电动汽车上都得到了示范性应用。此外,成果还在生物检测、环境处理、电子材料等诸多方面得到广泛应用。赵东元始终坚信,天生我“材”必有用:“化学是离工业很近的一门基础学科,很多成果都能实现转化。”

赵东元一直自称“是一个拿着‘凿子’,在微观世界里造孔的人”。研究多年,他甚至养成了一种“职业病”——平日里但凡看到什么材料,都想把它打成孔。“在20年的研究过程中,这个团队就是在一直不停地创新。”团队成员、复旦大学化学系教授李伟说。

赵东元记得,自己刚回国的时候,国内的科研条件与国外的差距很大。复旦大学提供了3万元的科研经费,赵东元咬咬牙买了一台电脑。实验条件简陋,没有高压反应釜,他就拿塑料瓶代替。

“如今,我们的科研条件非常好。搞基础研究要有一股崇尚科学的精神,青年科学家更要解放思想、钻研求证,有甘坐冷板凳的精神。”赵东元说。

赵东元是出了名的“拼命三郎”。他一度几乎每周工作80小时,常连续十几个小时泡在实验室。“中午大家一起吃饭的碎片时间,赵老师也常常讨论学术的问题。”李伟说。在学生眼里,赵东元是一个像介孔材料一样,有着强大“吸附能力”的老师,经常和学生们“打成一片”。

李伟记得,当年吸引他投身这项研究的,就是赵东元在一场学术报告中展示的美轮美奂的介孔材料。在教书育人方面,赵东元从不为学生设限,积极鼓励大家自由探索,但每一篇论文,他都会严格把关。

“我们的文章,经过赵老师修改后,经常满篇都是红笔标注,甚至中英文标点符号、单位符号,他都会仔细修订。”李伟记得,赵老师回邮件非常快,不管身在何处,学生的论文他都是一个字一个字修改后才准投稿。正是在这样几乎苛刻的要求下,赵东元指导的研究生曾3次获评全国百篇优秀博士论文,如今团队不少成员都成长为科研骨干。

除了带研究生,赵东元还会为本科生讲授普通化学课,一周两次,寒来暑往,多年不辍。要是第二天有课,即使前一天还在外地开会,他也一定要连夜赶回学校。

为了普及科学知识,赵东元还为中学生录制网课,甚至他还担任《十万个为什么(第六版)》的《化学》分册主编,为这本青少年科普读物倾注了不少心血。

如今,在赵东元的带领下,这些“造孔之人”有了更多“异想天开”的想法:介孔材料如果用在衣服上,衣物就能既轻薄又保暖;如果用在医疗领域,或许能让韧带顺着它重新生长;介孔材料上做出“离子通道”,就能实现海水发电……在这肉眼看不见的介孔微观世界里,他们的创新之路正越走越宽阔。

《 人民日报 》( 2021年11月15日 19 版)

来源:人民网

每年,苹果产品的发布都是最令人期待的苹果手机。今年Apple推出了iPhone13,它是iPhone12的继任者。有了更多改进,最有趣的是它的刘海更小。

Apple每年都会做一些事情来为明年设定行业标准,比如添加新功能或硬件,或者做一些完全不同的事情!而且随着双十一的到来,价格也直降,甚至有些平台直降600元。iPhone13系列总共有四款机型,分别是:13、Mini、13Pro和13ProMax这些版本。

在iPhone12系列有一个主要的设计大修,正因为如此,我们从来没有期待的iPhone13获得许多设计变化。最新的手机保留了Apple上一代手机提供的方形边缘和大型方形摄像头模块。不过,这并不是一件坏事——我们喜欢去年的外观,今年看起来仍然很棒。

虽然有一些设计上的调整。也许其中最明显的是这些设备的缺口略小。这不是一个巨大的差异,但它应该使边缘到边缘的显示更加身临其境。不幸的是,我们将不得不等待我们都期待的无刘海iPhone。

另一个设计转变来自两个非Pro型号。这两个手机现在具有对角对齐的摄像头,而不是垂直对齐的摄像头。这也不是一个巨大的变化,但仍然是区分手机的一种方式。

Pro有四种款式,包括全新的远峰蓝色饰面。所有四个都有一个不锈钢框架。Pro版还拥有更大的摄像头模块。

ProiPhone正在获得重大的显示升级。经过多年的高刷新率Android手机,Apple的Pro版手机终于获得了ProMotion显示器。这意味着它们将提供120Hz的刷新率,这应该会给软件带来流畅的动画和响应的感觉。这是一个姗姗来迟的功能,但仍然很高兴看到。

如前所述,不幸的是,该功能仅适用于“Pro”型号-因此标准版没有得到处理。希望iPhone14系列的情况会有所改变,尽管只有时间会证明一切。尽管如此,所有四款手机都提供漂亮的OLED显示屏,很棒。

按照传统,该系列正在获得改进的处理器——所有四款机型现在都提供Apple的A15仿生芯片。新芯片基于5nm工艺,而不是一些传闻中的3nm工艺。但它仍然应该给一个已经超级强大的芯片一点额外的魅力。

存储量也在更新。苹果已经取消了64GB存储选项,这意味着基本iPhone现在提供128GB。这对于那些喜欢在手机上存储大量文件和视频的人很有帮助。而且,还有一个新的1TB存储选项。

这些手机也提高了5G性能。现在,该手机支持C波段5G网络,这将在未来几年内在5G部署中发挥重要作用。

与iPhone12和12Mini一样,这两款低端机型仍然采用双摄像头设置,一个12MP像素宽和一个12MP像素超宽摄像头。而且,Pro手机仍然具有三重摄像头设置,其中增加了一个12MP像素的长焦摄像头。

除了传感器移位技术之外,镜头还有其他一些改进。这些手机有一个更大7MP宽镜头,它有一个更大的传感器。而且,Pro手机提供改进的超广角镜头。这能确保它们表现得更好,而且它允许手机在不需要专用微距相机的情况下进行微距摄影。

而且,Pro型号上的长焦镜头最终可提供高达3倍的光学变焦,当您考虑使用超广角相机时,总共可实现6倍的变焦范围。

该系列还提供了一些新的软件功能。他们有一个新的电影模式功能,基本上是视频的纵向模式。该模式可让您通过点击显示屏上的主题来更改焦点。手机还提供了一种新的基于AI的过滤系统,称为“样式”。

iPhone13系列也获得了可靠的电池改进。所有四种型号都获得了电池提升。据苹果称,iPhone13Mini和iPhone13Pro的续航时间将比iPhone12Mini长1.5小时.

而标准版iPhone13和iPhone13ProMax的续航时间将提升2.5小时。该公司表示,这主要归功于更高效的芯片和更高效的软件。

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