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别吃惊!看看这个科大人构造的奇幻世界

固体在花蕊上起舞,光线穿过一原子厚的灯泡点亮世界……

这不是奇幻小说中的仙境,而是国防科大人用科研构造的现实,让我们带着这些惊奇,共同探索科学的奥妙吧。

世界上最轻的固体材料 // 气凝胶

石墨烯气凝胶的密度极低,是世界上最轻的固体材料之一。如图正是国防科大前沿交叉学科学院某系研制出的石墨烯气体凝胶,把它放在花朵上,柔软的花蕊几乎不会变形。

如此轻的材料可以发挥什么作用呢?尽管气凝胶很轻,但其具有多孔结构特点,可产生优异的隔热性能,同时气凝胶还可有望作为新型功能材料在污水处理、电磁波吸收和光驱动太阳帆航天器等领域大展身手。

指尖上的中国“芯” //  微机电陀螺

微机电陀螺是一种仅有纽扣大小的陀螺芯片,无需外界参考信号,就能灵敏感应运动载体的姿态,探测到载体的角速度信息。我们日常使用的手机、可穿戴设备、无人机都离不开它,大量武器系统更是需要高精度的微机电陀螺。

微机电陀螺的外形一般只有几毫米,内部结构特征尺寸则在微米量级,工作时结构的振动偏差不能超过一个原子直径,如此苛刻的要求使我国高性能微机电陀螺研发长期落后于人。自2000年起,智能科学学院某团队开展高性能微机电陀螺芯片的研究,经过潜心技术攻关,该团队研发出系列产品,其中成功研制了一种具有自主知识产权的蜂巢式硅微机电陀螺,在相同的工艺条件下具有良好的容差能力,结构品质因数达到世界最高水平,使陀螺可以兼具高精度与高动态性能。

“一群和尚”有水吃  //  高熵合金

传统合金,例如钢、铝合金、钛合金等,都有单一的主元,合金性能也主要由单一主元控制。高熵合金是一种突破传统合金单元素为主的“多主元”合金,通常包含四个及以上元素,每种组成元素都是合金的主元,使得高熵合金的原子分布就像是混乱无序的弹珠,这种高混乱度产生了意想不到的稳定性。通过对高熵合金组成主元的自由设计,可以达到“1+1+1+1>4”的效果,获得诸如打破传统结构材料低温和高速下韧脆转变、强度塑性矛盾等问题。空天科学学院设计的新型高熵合金在含能结构材料方面已初露头角。

世界上最薄的电灯泡  //  石墨烯光源

你见过仅有一个原子厚的灯泡么?来自前沿交叉学科学院某团队利用六方氮化硼包覆石墨烯,成功实现了石墨烯在空气中稳定、明亮的焦耳热发光,研制出了世界上最薄的电灯泡。

石墨烯由单层一个原子组成,其厚度只有0.34纳米,仅为头发丝直径的三十万分之一,但它却可以承载高达109A/cm2的超大电流密度(比铜高出1000倍),并且在温度超过3000 ℃的极端环境下依然能够保持稳定的晶体结构,是高性能微纳热辐射光源的理想选择。基于这一技术研制的石墨烯发光阵列器件,单个像素尺寸小于5微米,可以和目前最先进的LED显示器相媲美,但厚度却不到目前最薄显示器的万分之一。此外,石墨烯热电子发光器件还可以应用在片上集成高速光通信等关键领域。也许在不远的未来,那些只在科幻电影中出现的可以任意弯曲折叠的超薄柔性显示器将走入我们的日常生活。

纳米世界的“眼睛” //  微纳传感器

与传统传感器相比,纳米传感器具有尺寸小、精度高等特点。其主要应用领域涵盖了医疗、食品安全、工业监测、机器人感知、网络通讯及环保检测等。随着相关技术的发展,纳米传感器在国防、军事领域显现了巨大的应用潜力。

智能科学学院某团队采用微机电制造工艺及纳米合成工艺研发了一系列纳米尺度的微型传感器,并利用纳米传感器实现了在危险气体、癌症标志物、食品添加剂、作物农药残留等领域的传感检测。同时,研发的新型传感器还会在无人传感、新一代可穿戴设备中发挥重要的作用。

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