【高校科研 e网打尽】本期头条：北大科学家首次揭示水的全量子效应

e科网打尽高校科研进展第二期。北大、清华、中科大、南京大学和中科院的最新进展都在这里。...

北大科学家首次揭示水的全量子效应

“水的结构是什么？”这是《科学》杂志在创刊125周年的特刊中提出的125个最具挑战性的科学问题之一。水的结构之所以如此复杂，其中一个很重要的原因就是缘于水分子之间的氢键相互作用。但是自从诺贝尔化学奖得主鲍林在1936年提出“氢键”这一概念后，化学家们就一直在争论：氢键的本质是什么？“氢键的量子效应是否存在？到底有多大？学术界一直处于激烈争论之中。”

近日(2016年4月15日)，《科学》杂志介绍了北京大学科学家的研究成果：中国科学院院士、北京大学教授王恩哥和北京大学江颖课题组首次揭示了水的全量子效应，为解开水的结构之谜迈出了重要一步。



他们基于扫描隧道显微镜研发了一套“针尖增强的非弹性电子隧穿谱”技术，在国际上首次获得了单个水分子的高分辨振动谱，并由此测得了单个氢键的强度。江颖说：“我们的实验首次为这个问题提供了统一的物理图像，揭示了氢键的全量子本质，澄清了学术界的长期争论。”

清华大学辐射成像研究团队取得丰硕成果

20世纪90年代以来，中国在打击走私、反恐缉毒以及战略装备无损检测等方面遇到一系列重大挑战，清华大学辐射成像创新团队于1995年应运而生，致力于开展辐射成像检测理论、方法和技术研究。近20年来，在康克军教授带领下，辐射成像研究团队攻克了若干项国际重大技术难题，也拿下多项“世界第一”：

第一套加速器辐射源车载式集装箱检查系统

第一套组合移动式集装箱检查系统

第一套具备物质识别功能的高能双能集装箱检查系统

第一套整编列车检查系统

第一台X射线液体安全检查系统。

团队的科研成果先后获得2003年度国家科技进步奖一等奖、2010年度国家技术发明一等奖等多项科技奖励。

团队创新成果所形成的产品已经出口到120多个国家和地区，树立了中国自有知识产权高科技成套设备进入国际市场的典范，实现了从“中国制造”到“中国创造”的转变。最近几年，清华大学辐射成像研究团队又有多项新技术突破，比如行李CT检查系统、人体安全检查系统、航空发动机检测技术等等，持续满足国家在打击走私、反恐缉毒、装备检测等方面的重大需求。

中科院稀土分子合金取得进展

近日，中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室孙忠明课题组在稀土分子合金的研究中取得新进展，相关成果发表在《德国应用化学》上。 美国《化学与工程新闻》以Cyclic antimony complexes take aromaticity to a new level 为题报道了该成果，认为“The achievement continues to expand the concept of aromaticity beyond its humble beginnings 150 years ago”。



孙忠明课题组多年来立足分子合金团簇这一研究领域，以稀土配位化学为主要研究手段，围绕稀土-主族金属元素如何稳定成键这一关键科学问题开展工作，长期致力于丰富和发展“金属芳香性”和“金属反芳香性”等一系列化学基本概念；成功制备出首例具有全金属反芳香性的稀土分子合金。在该团簇中，稀土离子被三个Sb4菱形环所围绕，形成了一个类似茂稀土的结构。课题组与美国Boldyrev教授合作，从理论化学角度分析了[LnSb12]3-离子的电子结构。在该化合物中，稀土元素形式上带有三个正电荷，根据电荷平衡，每个Sb4环形式上应该携带两个负电荷，但是由于每个Sb4环需要提供2个电子去形成Sb4环与稀土离子之间的三中心两电子键，从而使该阴离子团簇稳定存在，致使Sb4环上事实上只剩余4个π电子，符合4n规则，具有反芳香性。

南京大学研发“最黑金属吸收体”

高效的太阳能转换与利用被视为满足国家能源重大需求的重要组成部分， 宽带而高效的光吸收是高效率太阳能转换的先决条件；同时微纳结构和微纳光子学过去十年的迅速发展使得人们对于制备基于微纳结构的金属吸收体产生了广泛而强烈的研究兴趣。然而之前的金属吸收体，无论是吸收带宽、吸收效率还是制备工艺离大规模应用都有较远的距离。

南京大学朱嘉教授课题组在宽带、高效金属吸收体及其光热转换方面取得重要进展，相关研究成果以《Self-assembly of highly efficient, broadband plasmonic absorbers for solar steam generation》为题发表于Science子刊Science Advances 。朱嘉教授课题组创新性地将氧化铝多孔模板与金属纳米颗粒自组装技术结合起来，成功设计并制备了世界上最黑的超宽带、高效金属吸收体——在400nm – 10 mm波段达到99%的光吸收效率，超过目前有文献报道的所有的金属光吸收体材料，可以与之前广泛认为的最黑体-碳纳米管阵列媲美（相较于亚微米级的碳纳米管，金属黑体的有效度不足100纳米）！而其独特的自主装工艺使得金属吸收体的大规模制备与应用成为可能，这对高效率太阳能光热、光电、光催化等诸多应用产生重要的意义。

图1. 最黑金属吸收体的设计示意图

图2. 最黑金属吸收体与正常金属的照片对比图

中科大研发“特有体验交互机器人”

4月15日，我国首台“特有体验交互机器人”测试样机在中国科学技术大学亮相。记者现场看到，这台名叫“佳佳”的机器人不但形象美丽端庄，而且初步具备了人机对话理解，面部微表情、口型与身体动作匹配，以及大范围动态环境自主定位导航和云服务等功能。

中国科大“可佳”机器人团队联合国内合作伙伴，经过3年多的努力，研制出“佳佳”特有体验交互机器人测试样机。“中国特色的机器人仿人形象是这次发布的重点内容之一。”中国科大机器人研究中心主任陈小平教授说，团队的研究表明，人机交互体验涉及形象、功能和品格3个层面，形象是用户的第一体验。机器人形象有仿人和卡通两大类，要产生特有体验，面临诸多挑战。因为形象不仅要与其功能匹配，还要符合机器人的品格定义。

陈小平介绍，“佳佳”是中国科大“可佳”机器人家族中的一个新成员系列，其研究重点在于人机交互中的“特有体验”，即只有机器“人”而非其他电子产品才能带来的体验。“在传统的功能性体验之外，我们首次提出并探索了机器人品格定义，以及机器人形象与其品格和功能的协调一致问题。”

“机器人品格定义是人机关系的核心，而对这方面的研究仍处于起步阶段。”陈小平说，他们初步定义机器人的品格由“善良”“勤恳”和“智慧”构成。遵守这个品格对机器人研发具有重要意义，是恰当的人—机器人关系的根本保障。例如，一个“善良”的机器人，即使拥有过人的知识和能力，甚至具有“自我意识”，也不会故意危害人类。而以往以“机器人三原则”为代表的人—机器人关系的常识性理解，已不能满足当前机器人研发的实际需要，有必要展开科学层面的深入探索。

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