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衍射門控超高速測繪相機面世速度達每秒480萬幀成本降低九成

科技日報2023 年9 月18 日報道，要捕捉快速運動的清晰圖像，比如落下的水滴或分子相互作用，需每秒可采集數(shù)百萬張圖像的超快相機，這種相機非常昂貴。在最新發(fā)表于《光學》雜志的一篇論文中，加拿大科學家開發(fā)出一種新型相機，能以更便宜的方式來實現(xiàn)超快成像，適用于實時監(jiān)測藥物輸送、自動駕駛的高速激光雷達系統(tǒng)等多種應用。

加拿大國家科學研究所、康科迪亞大學和元宇宙平臺公司聯(lián)合研制的這種新型衍射門控實時超高速測繪（DRUM）相機，可捕獲每秒480 萬幀的單次曝光動態(tài)事件。他們通過對飛秒激光脈沖與生物樣品中的液體相互作用及激光燒蝕的快速動態(tài)進行成像，展示了這種能力。

研究人員開發(fā)了一種新的時間選通方法，稱為時變光學衍射。相機使用門來控制光線何時照射到傳感器。在時間選通中，傳感器讀出圖像之前，門會快速連續(xù)打開和關閉一定次數(shù)。這會捕捉一個場景的高速短片。

考慮到光的時空二象性，研究人員想出了如何利用光衍射來完成時間選通。快速改變衍射光柵上周期性面的傾斜角度，可生成沿不同方向傳播的入射光的多個副本，提供一種掃描不同空間位置以在不同時間點排除幀的方法。然后可將這些幀組合在一起形成一部超快電影。

研究人員使用數(shù)字微鏡器件以非常規(guī)方式完成了這種類型的掃描衍射門。他們創(chuàng)建了一個序列深度為7 幀的DRUM 攝像機，并用它記錄了激光與蒸餾水的相互作用。

新相機的成像速度和空間分辨率與商用高速相機相似，但它使用了現(xiàn)成的組件，成本不到當今超快相機的1/10，而超快相機的起價接近10 萬美元。

（來源：科技日報）

我國綠氫規(guī)?；瘧脤崿F(xiàn)零的突破

庫車綠氫示范項目的建成投產(chǎn)，不僅首次貫通了光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲存、氫氣輸運和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復制、可推廣的示范案例。

2023 年8 月30 日，中國石化宣布，我國規(guī)模最大的光伏發(fā)電直接制綠氫項目——新疆庫車綠氫示范項目全面建成投產(chǎn)，這標志著我國綠氫規(guī)模化工業(yè)應用實現(xiàn)零的突破，也被業(yè)界認為是我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個里程碑。

中國石化新星新疆綠氫新能源有限公司總經(jīng)理范林松表示，該項目所用的光伏組件、電解槽、儲氫罐、輸氫管線等重大設備及核心材料全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，有效促進了我國氫能裝備和氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

9 700多畝土地上安裝50多萬塊光伏板氫能被稱為“21 世紀的終極能源”。國際氫能源委員會發(fā)布的《氫能源未來發(fā)展趨勢調研報告》稱，2050 年，全球氫能源需求將增至目前的10 倍，產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將超過2.5萬億美元。

另據(jù)中國氫能聯(lián)盟預計，至2025 年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1 萬億元。2050 年，氫能在我國終端能源體系中占比將超10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值將達12萬億元。

那么何謂綠氫？根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《低碳氫、清潔氫與可再生氫的標準與評價》，氫氣一般分為低碳氫、清潔氫與可再生氫，俗稱灰氫、藍氫和綠氫。

灰氫指的是通過化石燃料（石油、天然氣和煤）制取的氫，在制取過程中碳排放強度相對較大；藍氫指的是利用化石燃料制取的氫，同時配合碳捕捉和碳封存技術，碳排放強度相對較低；綠氫指的是利用風電、水電、太陽能、核電等可再生能源，通過電解的方式制取的氫，制氫過程完全沒有碳排放。

國際投資銀行高盛集團此前發(fā)布的報告認為，綠氫已成為實現(xiàn)全球凈零排放的關鍵支柱，有助于減少15%的全球溫室氣體排放，是深度去碳化的最終解決方案。

由光伏電和風電構成的綠電，是生產(chǎn)綠氫最理想的能量來源。光伏發(fā)電直接制造綠氫，簡單來說，就是將光伏產(chǎn)生的綠電輸送到制氫廠，通過電解槽等核心裝置，以電解水的形式產(chǎn)生氫氣。由此產(chǎn)生的綠氫將被運送到煉廠、鋼鐵廠等應用端，替代原有的灰氫和藍氫。

占地9 700 多畝的庫車綠氫示范項目，安裝了50多萬塊光伏板。當太陽光照射到光伏板表面時，受激發(fā)產(chǎn)生的游離電子會在內部電場的作用下定向移動，于是形成了電流。

項目作業(yè)團隊通過專業(yè)的輻照計算軟件測算光伏組件的最佳傾角，確保組件全年接受的太陽輻射最大化，并選擇雙玻璃面板增加太陽光利用率。這些光伏板年發(fā)電量近6 億千瓦時，平均每天發(fā)電159萬千瓦時。

隨后，這些綠電將由23.7公里長的輸電線路輸送至綠氫工廠。在制氫車間的52 臺電解槽中，遠道而來的綠電將配制好的堿液電解成氫氣和氧氣。氫氣經(jīng)過提純后，將被送往10 個巨大的球形儲罐，并最終被送往中國石化塔河煉化公司，用于替代過去煉油加工中一直使用的灰氫，實現(xiàn)煉油產(chǎn)品綠色化。

重大設備及核心材料全部實現(xiàn)國產(chǎn)化

“這是綠氫煉化首次實現(xiàn)規(guī)模應用，對煉化企業(yè)大規(guī)模利用綠氫實現(xiàn)碳減排具有重大示范效應?！狈读炙杀硎尽?/p>

中國石化塔河煉化公司生產(chǎn)管理部副經(jīng)理劉子英則表示，這是第一次把綠氫引入煉油企業(yè)來進行加工?！拔覀兊膬商滋烊粴庵茪湎到y(tǒng)最終會完全停用，每年大概可以減少天然氣使用量2.4萬噸，這是實現(xiàn)綠色煉油的一個探索?！?/p>

范林松表示，作為我國首個規(guī)模化綠電制綠氫項目，庫車綠氫示范項目建設中面臨著工藝技術新、規(guī)模大、無成熟工程案例可借鑒等難點。

中國石化通過聯(lián)合攻關、揭榜掛帥等形式，突破性地解決了新能源波動電力場景下柔性制氫并連續(xù)穩(wěn)定向下游煉化企業(yè)供應難題。

舉例來說，光伏等可再生能源發(fā)電量具有一定的波動，如果遇上雨天導致發(fā)電量減少怎么辦？中國石化通過自主開發(fā)綠電制氫配置優(yōu)化軟件，將電控設備與制氫設備同步響應匹配，實現(xiàn)了“荷隨源動”，大幅提升了設備對波動的適應性。該項目還形成了一套集合預測光伏發(fā)電、電氫耦合自動化控制等的創(chuàng)新性技術，可根據(jù)光伏發(fā)電情況預測產(chǎn)氫量和外輸量，實現(xiàn)氫氣制、儲、輸?shù)淖詣佑嬎愫涂刂啤?/p>

此外，項目中形成的萬噸級電解水制氫工藝與工程成套技術、綠氫儲運工藝技術、晶閘管整流技術、智能控制系統(tǒng)研發(fā)等創(chuàng)新成果，均實現(xiàn)了工業(yè)應用。

值得一提的是，范林松說，庫車綠氫項目所用的光伏組件、電解槽、儲氫罐、輸氫管線等重大設備及核心材料全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，有效促進了我國氫能裝備企業(yè)發(fā)展。以電解槽為例，在該項目啟動之前，國內的1 000 標準立方米/小時電解槽累計需求量不到30 臺，而僅庫車綠氫示范項目就需要52 臺，有力促進了國內電解槽產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)。

未來10~15年是綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展關鍵階段

庫車綠氫示范項目的建成投產(chǎn)，不僅首次貫通了光伏發(fā)電、綠電輸送、綠電制氫、氫氣儲存、氫氣輸運和綠氫煉化全產(chǎn)業(yè)鏈，而且還形成了具有自主知識產(chǎn)權的大規(guī)模電解水制氫工藝與工程成套技術，將為綠電制綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可復制、可推廣的示范案例。

除了庫車綠氫示范項目外，2023 年2 月，中國石化還啟動建設了鄂爾多斯3 萬噸/年綠氫項目。該項目將通過風光耦合所制綠氫就地供應中天合創(chuàng)能源有限責任公司生產(chǎn)高端綠色化工材料。

但總體而言，范松林認為，綠氫工業(yè)還仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，規(guī)?；I(yè)應用主要面臨技術、成本、應用場景不完善等問題。

當前主流綠氫技術路線，主要為堿性水電解制氫技術（AE）和質子交換膜水電解制氫技術（PEM）。業(yè)內人士稱，我國AE 制氫技術水平與國外相近，擁有完全自主知識產(chǎn)權的設備制造、工藝集成能力。在PEM 制氫技術方面，我國尚處于研發(fā)走向工業(yè)化的前期階段，電解槽的質子交換膜和膜電極等核心技術和裝備目前主要依賴進口。

其中，電解水制氫系統(tǒng)在制氫站總成本中的占比約為80%，且技術壁壘較高，因此電解槽的成本和技術的進一步革新，是綠氫產(chǎn)能更上一層樓的關鍵。

業(yè)內專家分析，未來10~15 年將是綠氫產(chǎn)業(yè)從培育期走向商業(yè)化初期的關鍵階段，綠電綠氫一體化生產(chǎn)、氫能基礎設施和氫基碳中和解決方案等將逐步走向成熟；再用15 年左右時間，綠氫在主要應用領域有望實現(xiàn)規(guī)?；渴?。

（來源：科技日報）

國內首次光伏發(fā)電寬頻阻抗現(xiàn)場實證成功

記者從中國電科院獲悉，中國電科院新能源中心近日在國網(wǎng)寧夏電力公司的協(xié)助下，于寧夏回族自治區(qū)海原縣第六十六光伏電站，圓滿完成光伏發(fā)電寬頻阻抗現(xiàn)場實測。這是國內首次對光伏逆變器完成全工況掃頻實測試驗，表明我國對探索和解決新能源并網(wǎng)寬頻振蕩問題取得新的突破性進展。

據(jù)介紹，隨著國內新能源發(fā)電裝機規(guī)模的快速發(fā)展，寬頻振蕩風險日益凸顯。阻抗特性分析是新能源寬頻振蕩問題分析與策略驗證的有效手段。此次現(xiàn)場實測的組串式光伏逆變器具有單機容量小、同一發(fā)電單元內多機耦合強等特點，給阻抗特性實測提出更大挑戰(zhàn)。

2023 年6 月5 日，寧夏海原縣330 千伏匯集站發(fā)生69 赫茲超同步振蕩。振蕩問題發(fā)生后，中國電科院新能源中心依托可再生能源并網(wǎng)全國重點實驗室，首先仿真復現(xiàn)現(xiàn)場振蕩現(xiàn)象，找出振蕩風險源，提出采用逆變器多參數(shù)協(xié)調優(yōu)化的阻抗重塑振蕩抑制方法。

在寧夏海原縣第六十六光伏電站，基于自主研制的新能源發(fā)電寬頻阻抗測量裝置，中國電科院新能源中心對振蕩抑制策略改造前后的光伏逆變器阻抗特性進行了寬頻帶（2~1 000 赫茲）、全工況（大功率、中功率、小功率）掃頻實測試驗，證實現(xiàn)場光伏逆變器振蕩抑制策略優(yōu)化成功。

此次現(xiàn)場實證試驗的成功，為寬頻振蕩問題的分析和解決提供了新思路、新方法、新裝備，為解決沙戈荒、深遠海等大規(guī)模新能源基地寬頻振蕩問題，提升新能源基地并網(wǎng)穩(wěn)定性及送出能力提供了技術支撐。

（來源：科技日報）

我國首次約4 000米深海電磁聯(lián)合探測地質實驗獲突破

新華社2023 年9 月6 日報道，中國科學院南海海洋研究所近期與中國地質大學（北京）科研人員合作，在南海中央海盆水深約4 000米處，進行了我國第一條跨洋中脊深海人工源電磁與大地電磁聯(lián)合探測剖面的實驗，這標志著我國在復雜的深海地形條件下，大功率人工源電磁探測技術取得了進一步突破。

項目負責人、中國科學院南海海洋研究所研究員孫珍表示，本航次使用的全部是我國科學家自主研發(fā)的電磁發(fā)射和接收裝備。為了進行本次實驗，項目組籌備時間長達4年。實驗于2023年7至8月舉行，整個剖面長度近100 公里，共有16 個接收測點，取得了質量較好的電磁數(shù)據(jù)。

海洋電磁法是一種重要的探測海底地質結構的方法。此前，國際上少數(shù)單位具備在深海中開展人工源電磁與大地電磁聯(lián)合探測的成熟技術和裝備。近20 年，經(jīng)國內多家單位研究學者長期不懈的努力，我國在海底電磁場觀測、大功率人工源電磁發(fā)射、電磁法海上作業(yè)技術、數(shù)據(jù)分析與處理等領域取得了重要進展。

“這次探測實現(xiàn)了用一條地球物理剖面同時探測淺部地殼和深部地幔電阻率結構的目標，將顯著提升我國利用海洋電磁法探測海底地質結構和資源的實力?！彪姶怕?lián)合探測航次負責人姜峰說。

此次跨洋中脊海洋電磁法聯(lián)合探測作業(yè)由中國科學院南海海洋研究所地球物理綜合科學考察船“實驗6”執(zhí)行。

（來源：新華社）

我國科學家研制出仿生低碳新型建筑材料

中國科學院理化技術研究所研究團隊受自然界中沙塔蠕蟲構筑巢穴過程啟發(fā)，在低溫常壓條件下制備了力學性能優(yōu)異的仿生低碳新型建筑材料，為建筑領域節(jié)能減排提供了新思路。相關成果于2023 年9 月20 日在國際學術期刊《物質》在線發(fā)表。

“傳統(tǒng)的水泥基建材，在生產(chǎn)過程中需消耗大量能量，同時會產(chǎn)生大量碳排放，發(fā)展新型低碳建筑材料具有重要意義。”文章通訊作者、中國科學院理化技術研究所研究員王樹濤說。

據(jù)介紹，近年來國內外開展了大量研究工作，嘗試用黏結劑將沙粒、礦渣等固體顆粒黏結起來形成天然基建筑材料，然而此類材料強度普遍較低，難以滿足實際建筑需求。

此項最新研究中，研究團隊運用仿生策略，設計了天然基仿生低碳新型建筑材料。“沙塔蠕蟲可通過分泌復合有正電性蛋白與負電性蛋白的黏液，黏結沙粒構筑堅固的巢穴。受此啟發(fā)，團隊引入正電性季銨化殼聚糖與負電性海藻酸鈉形成仿生黏結劑，實現(xiàn)了對各類固體顆粒的牢固黏結?！蔽恼碌谝蛔髡?、中國科學院理化技術研究所博士研究生徐雪濤說。

“這種天然基仿生低碳新型建筑材料的抗壓強度可達17 兆帕，可達到常規(guī)建筑材料要求標準?！蓖鯓錆f，這種材料還具有優(yōu)異的抗老化性能、防水性能及獨特的可循環(huán)利用性能，在低碳建筑領域具有很大應用潛力。

（來源：新華網(wǎng)）

我國科研團隊在二維高性能浮柵晶體管存儲器方面取得重要進展

記者2023 年9 月18 日從華中科技大學了解到，該校材料成形與模具技術全國重點實驗室教授翟天佑團隊在二維高性能浮柵晶體管存儲器方面取得重要進展，研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，與現(xiàn)有商業(yè)閃存器件性能對比，其擦寫速度、循環(huán)壽命等關鍵性能均有提升，為發(fā)展高性能、高密度大容量存儲器件提供了新的思路。

浮柵晶體管作為一種電荷存儲器，是構成當前大容量固態(tài)存儲器發(fā)展的核心元器件。然而，當前商業(yè)閃存內硅基浮柵存儲器件所需的擦寫時間約在10 微秒至1 毫秒范圍內，遠低于計算單元CPU 納秒級的數(shù)據(jù)處理速度，且其循環(huán)耐久性約為10 萬次，也難以滿足頻繁的數(shù)據(jù)交互。隨著計算機數(shù)據(jù)吞吐量的爆發(fā)式增長，發(fā)展一種可兼顧高速、高循環(huán)耐久性的存儲技術勢在必行。

二維材料具有原子級厚度和無懸掛鍵表面，在器件集成時可有效避免窄溝道效應和界面態(tài)釘扎等問題，是實現(xiàn)高密度集成、高性能閃存器件的理想材料。然而，在此前的研究中，其數(shù)據(jù)擦寫速度多異常緩慢，鮮有器件可同時實現(xiàn)高速和高循環(huán)耐久性。面對這一挑戰(zhàn)，翟天佑團隊研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件，通過對傳統(tǒng)金屬-半導體接觸區(qū)域內二硫化鉬進行相轉變，使其由半導體相（2H）向金屬相（1T）轉變，使器件內金屬-半導體接觸類型由傳統(tǒng)的3D/2D 面接觸過渡為具有原子級銳利界面的2D/2D 型邊緣接觸，實現(xiàn)了擦寫速度在10 納秒至100 納秒、循環(huán)耐久性超過300 萬次的高性能存儲器件。

“通過對比傳統(tǒng)面接觸電極與新型邊緣接觸，該研究說明了優(yōu)化制備二維浮柵存儲器件內金屬-半導體接觸界面對改善其擦寫速度、循環(huán)壽命等關鍵性能有重要作用?！钡蕴煊诱f。

這一成果以《基于相變邊緣接觸的高速、耐久二維浮柵存儲器》為題，于2023 年9 月13 日在國際學術期刊《自然·通訊》在線發(fā)表。

（來源：新華網(wǎng)）