科普知識(shí)

1 以色列智能道路：讓電動(dòng)車邊充電邊行駛

目前，電動(dòng)汽車或借助兩根朝天“長(zhǎng)辮”，或通過(guò)自帶充電電池供電前行。前者行駛路徑受到限制，后者不僅充電費(fèi)時(shí)，且因電池自重而耗能。針對(duì)這兩種電車存在的問(wèn)題，以色列初創(chuàng)公司伊萊克特瑞昂無(wú)線（ElectReon Wireless）開(kāi)發(fā)出獨(dú)特的解決方案：鋪設(shè)能進(jìn)行無(wú)線充電的智能道路，讓帶有少量電池的汽車在這種道路上邊充電邊行駛。

（1 ）經(jīng)濟(jì)環(huán)保，讓電動(dòng)汽車使用最少電池

電動(dòng)出行是解決交通二氧化碳和污染排放的最佳方法，但電動(dòng)汽車本身卻受到電池的限制。他們認(rèn)為，使用最少電池的電動(dòng)汽車是環(huán)境可持續(xù)的解決方案，也是最具成本效益的解決方案，特別是對(duì)商用或重型車輛更是如此。

伊萊克特瑞昂無(wú)線公司的智能道路包括，將眾多銅質(zhì)線圈延道路方向水平埋放在道路瀝青路面下方8 cm處，線圈與控制管理單元相連接。線圈的作用是將電能以無(wú)線方式傳輸給車輛下方的能量接收器，從而為電池充電提供所需的動(dòng)力。車輛的大小和能耗決定了接收器的數(shù)量。整個(gè)系統(tǒng)能夠讓汽車延長(zhǎng)行駛里程，并因采取較小容量電池，從而容納更多乘客，提高了運(yùn)輸效率。

通常一輛公共汽車每天行駛200 km所需的能量為400 kW·h，而他們開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)能為行駛在智能無(wú)線充電道路上的每輛公共汽車提供至少40%的充電時(shí)間，這樣公共汽車所攜帶的充電電池功率只需約40 kW。

（2 ）多次測(cè)試，確保項(xiàng)目在實(shí)踐中的可行性

首個(gè)研究項(xiàng)目，是在瑞典進(jìn)行的名為古特蘭智能道路的試驗(yàn)。研究人員對(duì)一輛重達(dá)40 t的試驗(yàn)卡車進(jìn)行全程無(wú)線充電，目標(biāo)是證明其產(chǎn)品可以在世界各地進(jìn)行商業(yè)化推廣和運(yùn)營(yíng)。事實(shí)上，按照瑞典政府的要求，公司安裝的試驗(yàn)性基礎(chǔ)設(shè)施整個(gè)冬季都處在瀝青路面下。他認(rèn)為，該試驗(yàn)是非常重要的階段，因?yàn)橄码A段將在瑞典開(kāi)展長(zhǎng)約30 km的、規(guī)模更大的半商業(yè)性試驗(yàn)。為獲得瑞典政府的批準(zhǔn)，公司必須證實(shí)其安裝的基礎(chǔ)設(shè)施能夠經(jīng)受當(dāng)?shù)囟镜目简?yàn)。因此，古特蘭智能道路的試驗(yàn)項(xiàng)目是一個(gè)非常重要的里程碑。

（3 ）著眼未來(lái)，無(wú)線充電或成電動(dòng)交通重點(diǎn)

許多國(guó)家或地區(qū)在未來(lái)將發(fā)布禁止燃油動(dòng)力汽車的禁令，此舉可能會(huì)讓類似所開(kāi)發(fā)的技術(shù)成為電動(dòng)交通的重點(diǎn)。目前，以色列政府的目標(biāo)是到2030年，汽油和柴油動(dòng)力新車數(shù)量為零。此外，全球還有其他國(guó)家也緊隨其后，宣布了各自的計(jì)劃，在未來(lái)10年內(nèi)逐步放棄使用燃油汽車。伊蘭表示，從現(xiàn)在開(kāi)始，約10年后，自主交通將變得更加普遍，這為他們公司的解決方案與自主駕駛車輛之間提供了非常自然的結(jié)合契機(jī)，因?yàn)檫@些車輛能在無(wú)線充電技術(shù)的支持下，依靠少量電池全天候邊充電邊行駛，而無(wú)需駕駛員為其充電。

2 新型探針問(wèn)世 測(cè)量原子力有了納米“觸角”

2020年8月，從浙江大學(xué)獲悉，該校胡歡研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)IBM沃森研究中心以及東華大學(xué)彭倚天教授團(tuán)隊(duì)合作發(fā)明出一種新型納米球探針技術(shù)，可以精準(zhǔn)測(cè)量納米到微米尺度范圍的界面，填補(bǔ)了該尺度空缺，解決了納米摩擦學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)瓶頸。

原子力顯微鏡被用于研究物體接觸時(shí)的“力量”，其核心構(gòu)件探針如同昆蟲(chóng)的“觸角”，能夠?qū)悠繁砻娴淖饔昧D(zhuǎn)換成微懸臂梁的彎曲，進(jìn)而通過(guò)激光束探測(cè)到。其中球形原子力探針在形變、硬度、力學(xué)屬性等方面更具優(yōu)勢(shì)。然而傳統(tǒng)球形原子力探針尺寸為1～10 um，在納米尺度的測(cè)量存在盲區(qū)。與此同時(shí)，球形探針通過(guò)膠水粘貼，粘貼位置因難以把控而會(huì)影響精確度，遇到高溫或液體容易脫落。

高能氦離子束可以聚焦成為直徑在0.5 nm左右的束斑，像一把超級(jí)小的刀，能夠?qū)⒉牧显诩{米尺度任意切割，但在硅材料襯底中注入高能氦離子束會(huì)形成隆起。研究組進(jìn)行了第一個(gè)利用氦離子隆起效應(yīng)制造納米球探針的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)聚焦離子刻蝕在普通原子力顯微鏡探針上雕刻出一個(gè)平臺(tái)，在平臺(tái)上精準(zhǔn)定位后注入高能氦離子束，使得單晶硅隆起，實(shí)現(xiàn)了一種穩(wěn)定可靠的納米球探針技術(shù)制造工藝，制成了具有高分辨率、高準(zhǔn)確性、耐高溫的球形探針，針尖的直徑可在0.1 ～1 um之間精確調(diào)控。

該技術(shù)有利于促進(jìn)納米摩擦學(xué)、生物材料的測(cè)試和研發(fā)，對(duì)材料學(xué)、摩擦學(xué)、生物醫(yī)學(xué)都會(huì)起到很好的推動(dòng)作用。研究論文刊發(fā)于學(xué)術(shù)期刊《蘭格繆爾》。