文章推广

本篇研究来自上海理工大学朱志刚课题组。在本文工作中，作者通过溶热法合成了双金属金属有机框架（MOFs）–Cu/Co=1:1，并通过煅烧得到了CuO/Co3O4复合材料，表现出低工作温度（40 °C）、高响应（对10ppmH2S响应196.3）、低检测下限（300ppb）等气敏性能。同时从p型CuO和p型Co3O4之间形成p-p异质结的角度深入探讨了气体传感机制。 文章介绍 Preparation of a high-performance H2S gas sensor based on CuO/Co3O4 composite derived from bimetallic MOF Zhanhong Li, Xu Wang, Yu Yao, Jiangang Xin, Lili Xie, Yutong Han and Zhigang Zhu（朱志刚） 通讯作者： 朱志刚，上海理工大学   研究背景： 金属有机骨架(MOF)是一种高度有序的晶体配位聚合物，由金属离子与有机配体的配位形成。HKUST-1（Cu-MOF）具备MOFs材料的结构优势，拥有良好的机械性能和对称性，具备良好的八面体形貌，即使在280°C高温下煅烧也能保持其骨架结构以及拥有大量的空缺金属位点，但由于纯相金属氧化物的工作温度高，响应低，使得亟需开发一种高响应的低能耗气体传感材料。大量研究表明，将气敏材料与金属氧化物复合可以使材料表面变得更加粗糙，粒径减小，并且伴有p-n异质结的生成，能够大大增强气敏材料的传感性能。 研究内容： 上图是煅烧Cu/Co-MOF得到的CuO/Co3O4复合材料的SEM图像。如图所示，如果Cu和Co的摩尔比为1:3或1:2，复合材料呈球形，不能保持八面体形状，当Cu和Co的摩尔比为1:1时，Cu/Co-MOF复合物是一个表面粗糙的八面体，大小约为5μm，如果将Cu和Co的摩尔比进一步降低到1:0.5或1:0.33，其中一些复合材料可以保持八面体形态，而一些复合材料则开始塌陷。之后对材料进行EDS测试，结果表明CuO/Co3O4复合材料表面的八面体形状均匀分布着Cu、Co和O元素。 该复合材料在低至40°C的工作温度下对H2S具有高响应，并且在该工作温度下对目标气体显示出高选择性。在动态响应曲线中，可以看出材料在300ppbH2S气氛下仍具有5.91的响应。 CuO/Co3O4复合物气敏性能主要是因为以下几个原因：(1) p型半导体气体传感器通过半导体材料表面的气体吸附/脱附引起电阻变化;(2) Co3O4与CuO之间相互作用，且两者之间形成p-p异质结提高了气体传感器的气敏性能; (3)CuO可与H2S气体发生反应，从而引起电阻变化。 基于Cu/Co-BTC制备的CuO/Co3O4复合材料传感器具有高灵敏度，出色的选择性，较低的检测限和在较低的工作温度下具有良好的重复性。这项工作为设计和制造在低工作温度下工作的高性能传感器提供了重要指导。 作者介绍 朱志刚  教授 上海理工大学 朱志刚，上海理工大学健康科学与工程学院教授，上海市东方学者、曙光学者，博导，先后担任上海第二工业大学校学术委员会委员（2014-2019）、校学位评定委员会委员（2014-2019）、获得英国皇家学会国际研究员、美国Drexel大学访问教授，江苏大学材料学院兼职教授等称号，目前是国际刊物Frontier in Materials（IF=3.985）和Nanofabrication副主编、上海金属编委、国际电化学会会员、中国电子学会/微纳米技术协会高级会员、中国仪器仪表学会传感器分会理事。2005年以来在JMCA, ACS Sensor, SAB等重要刊物上发表论文90余篇（H-index=26），其中被SCI收录70篇（中科院一区20篇，二区24篇，ESI高被引3篇，IF>6的文章22篇），论文被引用超过2600次，单篇最高被引363次。申请发明专利20余项，其中被授权9项。积极参加各种国内外学术会议，其中特邀报告10次，分会场主席5次，组委会/顾委会委员5次。主持国家自然科学基金面上项目、上海科委基础研究重点项目、国家外专局、国家中医药管理局等项目。 期刊介绍 Nanotechnology 2022年影响因子：3.5  Citescore：6.7 Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。

本篇研究由中国人民大学张威等人完成。该实验工作在囚禁离子系统中仅利用一对测量首次观察到量子力学对联合实在性的违背。基于最简单的量子比特系统，证实了即使在更宽松的操作完备性假设下，量子系统中的一对测量也不能同时拥有预先存在的测量结果，进一步丰富了对量子力学基本理论的理解，并推动量子信息技术的物理实现。 文章介绍 Experimentally ruling out joint reality based on operational completeness Qiuxin Zhang (张球新), Yu Xiang (项玉), Xiaoting Gao (高小婷), Chenhao Zhu (朱晨昊), Yuxin Wang (王玉欣), Liangyu Ding (丁亮宇), Xiang Zhang (张翔), Shuaining Zhang (张帅宁), Shuming Cheng (程书明), Michael J. W. Hall, Qiongyi He (何琼毅) and Wei Zhang (张威) 通讯作者： 张帅宁，中国人民大学/北京量子信息科学研究院 张威，中国人民大学/北京量子信息科学研究院   研究背景： 两个可观测量同时拥有预先存在的测量结果被称为联合实在性。量子力学是否允许该现象的存在是一个重要的基础问题，也是其不同于经典理论的显著特征之一，最早由爱因斯坦等人于1935年提出。随着理论及实验技术的不断发展，研究者已经在各类不同假设下观察到了量子力学对联合实在性的违背，其中最典型的例子就是定域假设下的贝尔不等式可被一对具有纠缠的量子系统打破。对于最小的二维量子比特系统，以往的研究则要求至少使用三个测量并且在较强的非互文假设下才能观察到违背，对实验要求高。因此，如何使用更少的测量且在更宽松的假设下排除联合实在性存在的可能，不仅涉及量子物理基本问题的研究，对推动量子信息技术的实用化进程也具有重要意义。...

我们代表Smart Materials and Structures（SMS）期刊主编Alper Erturk以及执行编委会很高兴地宣布，2023年SMS期刊“青年领军人”的获奖者为Shiyang Tang博士，以表彰他在可拉伸导电复合材料方面的杰出工作。 同时也非常感谢其他候选人对SMS期刊的支持！这些研究文章展示了这一代研究人员所做的优秀研究工作，我们很自豪能够支持这些职业生涯早期的研究人员。 >>欢迎您此处链接，查看2023年SMS期刊“青年领军人”特刊文章。 作者及文章介绍 Shiyang Tang Dr Shiyang Tang is a lecturer in the School of Engineering at the University of Birmingham, UK. He earned his BEng (1st-class honours) in electrical engineering and PhD in MEMS from the Royal Melbourne Institute of Technology, Australia, in 2012 and 2015, respectively. Dr...

本篇研究来自大连理工大学韩宝国和香港理工大学丁思齐课题组。本文全面地综述了SSUHPC的材料组成、力学性能、自感知性能及其机制、工程应用、以及潜在挑战和应对策略。 文章介绍 Self-sensing ultra-high performance concrete: a review Yixuan Guo(郭逸萱), Dongyu Wang（王董雨）, Ashraf Ashour, Siqi Ding（丁思齐） and Baoguo Han（韩宝国） 通讯作者： 丁思齐，香港理工大学 韩宝国，大连理工大学   研究背景： 超高性能混凝土（UHPC）是通过提高混凝土组分的细度和活性并采用热养护促进水化反应改善水化产物的组成与结构，最大程度地减少其内部的缺陷，从而达到高均匀性和密实性以及强水泥基体-骨料界面结合；另外同样重要的是，UHPC的制备中采用钢纤维而改善水泥基材料性脆易裂、抗拉性能低、抗冲击性差等天然不足。由于上述机制，UHPC具有高性能特征，包括优异力学、耐久和工作性能，同时具备发展自感知性能的原材料组成“基因”。自感知超高性能混凝土（SSUHPC）不仅可拓展传统UHPC的性能，而且应用其可实现UHPC结构的原位自监测而为提升结构安全性和服役寿命提供保障。本文全面地综述了SSUHPC的材料组成、力学性能、自感知性能及其机制、工程应用、以及潜在挑战和应对策略。   研究内容： 1.系统综述了自感知超高性能混凝土（SSUHPC）的现有研究现状； 2.简要分析了超高性能混凝土（UHPC）组成-工艺-结构-性能特点及应用其发展SSUHPC的“材料基因”优势（钢纤维不仅具有优异的力学性能，而且具有优异的导电性能，并由于一维的空间形态效应可在UHPC内部形成广泛的分布；此外，UHPC制备不使用粗骨料，这可避免导电混凝土中导电通路被大尺寸骨料截断的问题；另外，UHPC的高致密结构和高性能特征有利于保障自感知性能的长期稳定性）； 3.细致介绍了SSUHPC的组成，主要是SSUHPC基体材料组成和各种有效的功能填料理化特征； 4.全面概括了SSUHPC的力学性能，主要是抗压性能以及抗拉/抗弯性能； 5.深入分析了SSUHPC在不同荷载（包括压缩、拉伸和弯曲等）作用下的自感知行为及其机理； 6.详细总结了SSUHPC目前科学研究和工程应用发展面临的挑战，并提出了具体的解决策略和发展路线图。 作者介绍 丁思齐  研究助理教授 香港理工大学 丁思齐，香港理工大学研究助理教授。主要研究领域包括微纳复合填料制备技术、纳米工程化水泥基复合材料以及智能材料与结构等。   韩宝国  教授 大连理工大学 韩宝国，大连理工大学教授。主要研究领域包括自感知混凝土及其智能结构、智能与多功能混凝土及其可持续基础设施、纳米工程化水泥基复合材料等。 期刊介绍 Measurement Science and Technology 2022年影响因子：2.4  Citescore：3.9 Measurement Science and Technology(MST)涵盖整个测量科学和传感器技术的理论、实践和应用，包括：精密测量和计量学；传感器和传感器系统；光学和激光技术；流体；成像；光谱学；材料和材料加工；生物、医学和生命科学；环境和大气；新型仪器系统和组件。MST还出版专题综述和特刊。

本篇研究来自西南交通大学苗鸿臣课题组。本文结合超材料调控弹性波相位的思想以及压电材料力电转换的特性，提出了一种由压电晶片与人工超构层组成的超构换能器。该换能器可以实现单一成分零阶水平剪切导波（SH0波）的定向激励与接收，避免了传统相控阵方法所依赖的延时电子器件，为无损检测和结构健康监测中超声导波的定向激励与接收提供了一个低成本方法。 文章介绍 Metasubstrate-based SH guided wave piezoelectric transducer for unidirectional beam deflection without time delay Hongchen Miao（苗鸿臣） and Yuehao Du 通讯作者： 苗鸿臣，西南交通大学   研究背景： 在武侠小说中，武功高强之人能够利用内力控制音波的传播方向，使其发出的声音只能被特定的一个人或者几个人接收，而在场其他人无法知道对话内容，这种功夫叫“传音入密”。在超声无损检测和结构健康监测领域，沿特定方向激励单一成分的导波（即“传音入密”），可以有效减少非缺陷散射体引起的噪音信号，对缺陷信号的高效解析具有重要意义。当前超声导波的定向激励通常由二维相控阵来实现，然而相控阵方法对阵元之间的均一性要求高，且需要昂贵复杂的电路提供时间延迟。因此，本文拟通过器件设计，实现通过单一换能器定向激励和接收单模态导波的目的，克服传统相控阵方法对阵元均一性要求高和成本高的问题。   研究内容： 本文提出的超构换能器由压电晶片和人工超构层构成，如图1所示。压电晶片在电场激励下通过逆压电效应在超构层中形成类SH0波，超构层提供SH0波在板中沿特定方向传播所需要的相位梯度，从而实现板结构中SH0波的定向激励。根据波的互异性原理可知，该换能器作为传感器时亦具有指向性。 图1 超构换能器结构及工作原理 本文首先通过理论建模对换能器的声场进行了预测，并以此进行了参数优化设计。在此基础上，对设计的超构换能器的性能进行了有限元仿真和实验测试验证，结果如图2和图3所示。结果表明，作为发射器时，该换能器能够在宽频范围内（270kHz-350kHz）沿单一方向激励单一成分的SH0波；作为传感器时，该换能器亦只对设计方向入射的SH0波敏感。 图2 超构换能器的仿真声场 图3 实验测量的超构换能器声场 与传统的相控阵方法相比，本文所提出的换能器所有压电晶片由同一个信号源同时触发，不要额外的时间延迟，从而避免了昂贵的延时电路。同时，该超构换能器可克服结构健康监测中换能器阵列因粘接质量差异难以保证阵元均一性的问题，从而在结构健康监测和无损检测中具有可观的应用前景。 作者介绍 苗鸿臣  副教授 西南交通大学 苗鸿臣，西南交通大学力学与航空航天学院副教授、博导、院长助理，中国科协青年人才托举工程项目入选者，四川省“千人计划”特聘专家。主要从事波动力学和超声智能监测技术研究，在MSSP, JSV, IJMS等期刊发表论文40余篇, SCI他引600余次，申请或授权发明专利8项，软件著作权2项。担任《Smart Materials and Structures》和《Sensors》期刊客座编辑。 期刊介绍 Smart Materials and Structures 2022年影响因子：4.1  Citescore：7.5 Smart Materials...

Journal of Micromechanics and Microengineering（JMM）“青年领军人”（Emerging Leaders）精选特刊的目的是表彰这些研究领域的顶尖青年科学家，我们邀请了一些倍受认可的职业生涯早期研究人员向这一特刊投稿。这些原创研究文章涵盖JMM期刊的各个领域，包括：MEMS/NEMS，传感器，微/纳米流体，芯片实验室，生物医学系统和设备以及柔性/可穿戴电子产品等主题。 在此，我们很荣幸地宣布JMM期刊2023年“青年领军人”（Emerging Leaders 2023）的获奖者为Hanna Cho。以下是她的获奖感言： “I am thrilled and deeply honoured to receive the JMM Emerging Leaders Award. This recognition validates our dedication to advancing MEMS technology. Our paper represents a significant part of our journey in exploring the intricate dynamics of nonlinear MEMS resonators. Our work aims to broaden...

本篇研究来自山东科技大学王金瑞课题组。本研究首次将SE注意力机制引入稀疏滤波算法中，实现了对输入数据的自适应加权和滤波，使所提方法能够自动学习并应用合适的权值；利用SESF从原始转速波动信号中提取多尺度特征，实现了注意力权重的有效分配；利用L2范数对权值矩阵进行归一化得到平滑权值，提高了SESF模型在转速波动条件下的泛化能力。 文章介绍 Attention mechanism guided sparse filtering for mechanical intelligent fault diagnosis under variable speed condition Rui Han (韩瑞), Jinrui Wang (王金瑞), Yanbin Wan (万彦斌), Jihua Bao (包继华), Xue Jiang (姜雪), Zongzhen Zhang (张宗振), Baokun Han (韩宝坤) and Shanshan Ji (季珊珊) 通讯作者： 王金瑞，山东科技大学   研究背景： 随着工业自动化的不断发展，机械设备已成为现代工业生产中不可缺少的组成部分。风电机组、燃气轮机等工业设备中常出现变速现象，导致信号表征与故障模式间的映射关系极其复杂，这给机械设备的准确故障诊断带来了极大的挑战。因此，解决变速工况下的故障特征提取问题具有重要意义。注意力机制是一种新的人工智能技术，旨在使模型专注于关键信息而忽略无关信息。注意力机制的引入可以使模型能够学习相应的权重，并关注输入信号的不同部分。鉴于其强大的表征能力，本文尝试将SE注意机制引入到稀疏滤波算法中，并将其应用到机械变转速工况下的智能诊断模型设计中。   研究内容： 如图1所示，本文方法在对稀疏滤波模型进行训练前，通过加权聚集法加入SE注意机制，设置两个不同尺度的特征，对每个样本进行重叠分割，并通过L2范数对权值矩阵进行归一化，从而在保持良好特征学习的基础上，提高模型对变速信号(如图2所示)的适应性和鲁棒性。同时，它能够完成自适应滤波和准确的故障特征提取，从而实现齿轮和轴承故障的高效识别，为机械变转速智能故障诊断的工程应用提供了良好的推广价值。结果表明，所有方法都可以从学习到的特征向量中提取出有用的信息(如图3所示)，但SESF方法获得的特征向量的稀疏度最高，并且三种特征向量都具有统一的特征趋势和幅度。降维结果如图4所示，发现本文方法可以区分出几乎所有的测试样本，只有P3、C2和C3在样本散点处有少量混混现象，其他健康状况样本的聚类效果较好。这表明所提出的SESF方法具有较强的特征提取能力，可以在忽略变速影响的情况下有效识别不同类型的故障。 图1 所提方法框架 图2 三种变转速齿轮健康状况:(a)正常，(b)S3，(c)C1，(d)转速信息 图3 学习到的齿轮特征对比图...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选两个主题的研究文章供大家阅读，本月的主题为Photovoltaics和Graphene。这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ >>您还可以点击此处的链接，订阅IOP出版社材料学领域的最新资讯，以及相关期刊的最新信息。 精选文章 Photovoltaics Journal of Physics: Condensed Matter On the photovoltaic effect asymmetry in ferroelectrics S Semak, V Kapustianyk, Yu Eliyashevskyy, O Bovgyra, M Kovalenko, U Mostovoi, B Doudin and B Kundys   Journal of Physics D: Applied Physics A review on recent progress in organic photovoltaic devices for indoor applications Gautham Kumar and Fang-Chung Chen   Photonic management of silicon nanocylinder...

本篇研究来自山东高等技术研究院吴小虎课题组。本研究对调控参数更多但研究较少的双层光栅中对称保护的BIC及偶然BIC进行了细致的数值研究。 文章介绍 Quasi-Bound States in Continuum in Double-Layer Silicon Gratings Kun Yu(于坤), Feng Song(宋风), Zhangxing Shi(石章兴), Hongju Li(李洪炬), Yufang Liu(刘玉芳) and Xiaohu Wu(吴小虎) 通讯作者： 吴小虎，山东高等技术研究院   研究背景： 连续介质中的束缚态(BICs)在理论上已知具有无限的寿命和Q因子。然而，由于现实中难以实现，往往在结构上引入对称性破缺，将对称保护的BICs(SP-BICs)转化为具有极高Q值的准BICs (q-BICs)。因此，可以利用q-BICs来提高光学传感器的Q值。光栅作为一种简单的超表面被应用于光学领域的各个方面，但单层光栅的可调控参数较少，不利于光学传感器件的设计及调控。因此，本文对调控参数更多但研究较少的双层光栅中对称保护的BIC及偶然BIC进行了细致的数值研究。   研究内容： 在该器件中，二氧化硅( SiO2 )作为衬底，Si作为光栅材料。光栅层由周期相同但高度和宽度不同的两层组成。 在TM偏振的情况下，通过将第一层光栅在正x方向上整体平移距离a来打破结构对称性，从而获得准BIC。随着位移距离a从-16nm变化到16nm，峰值点处的波长随位移距离呈线性变化，两条虚线的交点代表理想的BIC点。而在峰值点的磁场则是强度相反、关于中心轴对称， 这是典型的Fano共振。 Q因子在传感器等器件中极为重要，而BICs由于其极小的能量泄漏可以实现高Q因子。通过打破结构对称性得到的q-BIC的Q因子一般与不对称程度成反比。随着位移距离a的增加，不对称程度的增加导致更高的能量泄漏，从而导致Q因子的快速下降。然而，Q因子在位移距离为零附近呈指数增长，对应于能量泄漏几乎不可观测的理想BIC点。而峰值点处的波长随位移距离呈线性变化。 最后，通过精确设计光栅的结构参数，我们同时得到了Γ点处的BIC和非Γ点处的BIC。设α=2a/w为不对称度。可以看出，在波长约为1.6μm处出现了非Γ点处的BIC(黑圆的中心是非Γ点的BIC)，对应的不对称度α=0.065。随后，观察了不同不对称程度下的反射谱。当α=0时，两个波段均未产生共振。当α=0.065时，仅在波长约为1.16μm处产生小的共振，在波长约为1.6μm处共振产生的反射率没有变化。当不对称性α增加0.2时，两个谱带都有明显的共振谷。我们进一步考察了两个波段的Q因子，确定在波长约为1.6μm处，当不对称性为0.065时，存在非Γ点BIC。波长为1.16μm处为Γ点处的BIC。这种现象在单层光栅中是不可能产生的，但这种双层结构给与了更多的自由度来进行精确调控，更有利于结构的设计。 作者介绍 吴小虎  研究员 山东高等技术研究院 吴小虎，1992年生，山东高等技术研究院研究员，山东省优青，山东省泰山学者青年专家，国际传热传质中心理事会成员，济南市科协科技创新智库专家服务团成员, 上海市热物性大数据服务中心青年委员会委员。主要从事辐射换热、太阳能光热利用、微纳光子学等领域的研究，以第一或通讯作者在SCI期刊发表论文100余篇，入选美国斯坦福大学发布的“全球前2%顶尖科学家（2023）”榜单。 期刊介绍 Journal of Optics 2022年影响因子：2.1  Citescore: 4.1 Journal of Optics（JOPT）出版光学方面的实验和理论研究论文，研究领域包括：纳米光子学和等离激元光子学；超构材料和结构化光子材料；量子光子学；生物光子学；光与物质的相互作用；非线性和超快光学；光的传播、衍射和散射；信息和通信光学；集成光学；光伏和能量收集。除原创性研究外，JOPT还出版专题综述，为研究人员带来高质量的内容。所有JOPT文章还提供HTML阅读模式，方便研究人员使用手机或平板进行阅读。

Structural health monitoring (SHM) is the automation of the condition assessment process of an engineered system. When applied to geometrically large components or structures, such as those found in civil and aerospace infrastructure and systems, a critical challenge is in designing the sensing solution that could yield actionable information. This is a difficult task to...

Journal of Optics（JOPT）期刊将该领域中最优秀的青年研究人员汇聚在一起，并将他们发表的杰出研究成果整理成“青年领军人”（Emerging Leaders）精选特刊，每年出版一期。本期特刊也是IOP出版社Journal of Physics系列期刊出版50周年的庆祝活动之一。 在此，我们很荣幸地宣布JOPT期刊2023年“青年领军人”（Emerging Leaders 2023）的获奖者为方心远研究员。以下是他的获奖感言： “To be honest, it is an unexpected surprise for me to obtain this valuable award. I would like to take this opportunity to express my gratitude to my mentor, team and my family. Without their support, I cannot find my research interests in the interdisciplinary field...

近日，IOP出版社发布了Reports on Progress in Physics（ROPP）期刊2023年高被引综述文章。 ROPP期刊是一本高度精选的期刊，其使命是发表突破性的新研究成果和最高质量的综述文章。为庆祝期刊开始接受原创研究文章投稿，我们将开放这些最具影响力的综述文章，供读者们免费阅读。 这些综述文章涵盖多个研究主题，包括： 远距离平行引力 强子状态 双极物理学 新物理学 量子机械 希望您喜欢阅读这一合集。 高被引综述文章 An updated review of the new hadron states Hua-Xing Chen, Wei Chen, Xiang Liu, Yan-Rui Liu and Shi-Lin Zhu The last decade has seen exciting advancements in Hadron Physics. This top cited review provides an update into the recent experimental and...