干勇院士发文探讨我国新材料科技创新的新思路
近日，国家新材料产业发展专家咨询委员会主任、中国工程院干勇院士在中国工程院院刊《Engineering》发表了一篇题为《Research on the Innovative Development of New Materials Science and Technology in China（我国新材料科技创新发展思路研究）》的署名文章。文章指出，尽管我国新材料产业规模约占全球的30%，但在新材料原始创新能力、产业基础能力、成果转化效率和技术竞争力方面与美日欧等相比尚存在较大差距。
当前，随着信息技术、生物技术、新能源技术和新材料技术等领域的交叉融合，新材料产业迎来了重大机遇。干勇院士文章分析，新材料技术在新一代信息技术、新能源、装备制造、航空航天、轨道交通、海洋工程和医疗健康等产业中的广泛应用，为新材料技术提供了最好的市场机遇和发展前景。
尽管我国取得了一些材料科学领域的研究成果，但在重大材料突破方面还缺乏划时代的贡献。文章指出，我国在重点材料研发上缺乏系统稳定的支持，专利成果的含金量不高，科技推广和应用服务的投入不足。这些问题制约了我国新材料科技创新能力的提升，导致我国新材料技术竞争力与发达国家存在差距。
为了解决这些问题，文章提出了具体的发展思路。首先，应加大力度建设和完善新材料科技创新平台，包括加快建设材料国家实验室，重组优化全国重点实验室，以及建设全生命周期表征、评价综合科技设施。这些平台的建设将为新材料科技创新提供更好的研发和实验条件。
其次，要夯实新材料技术基础，在材料基础、共性技术和交叉、前瞻性技术方面加强政府资金和资源的持续性、稳定性投入。研发机构和大学将成为主要的技术创新主体，通过加强合作和协同创新，推动新材料基础研究和关键技术攻关。
同时，文章还呼吁推进体制机制和研发模式的创新。文章认为，应进一步强化企业的科技创新主体地位，在科研评价机制、科技成果转化与应用机制以及项目管理运行模式等方面进行改革，以激发企业的创新潜力和积极性。
培养跨学科高端人才是新材料科技创新发展的重要环节。文章强调，要加强人才培养，提高科研人员的综合素质和创新能力，培养具备跨学科背景的高端人才，以适应新材料科技创新的需求。
文章还强调了加强国际交流合作的重要性。新材料科技创新需要借鉴和吸收国际先进经验，积极参与国际合作项目，加强与外国科学家和研究机构的交流与合作，共同推动新材料科技的创新和发展。
文章指出“一代材料，一代技术”，新材料产业的战略地位日益突出。当前我国新材料科技和产业发展正处在最关键的历史转折期，已从“以解决有无问题为主”的规模扩张阶段，跨越到以满足国家重大战略需求、提升国际竞争力为主的高质量发展阶段。应加大新材料研发投入，建设和完善科技创新平台，夯实基础，推进体制机制和研发模式创新，加强人才培养与国际交流合作，从而实现我国新材料科技快速、可持续发展。
作者：干勇
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.03.022
北大研发基于普通器件实现快1000倍的相机与机器视觉
北京大学余肇飞研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年6月刊发《基于普通器件实现快1000倍的相机与机器视觉》一文，发现了数码相机中的一个重大缺陷，即从胶片相机继承的图像和视频模型阻碍了相机捕捉快速变化的光子世界。因此，文章提出了一种新的视觉形式，称为视象（vform），这是一个比特序列阵列，其中每个比特表示光子的累积是否达到了一个阈值，从而可以记录和重建任何时刻场景的光强。文章仅使用消费级互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器和集成电路，开发了一种比传统相机快1000倍的脉冲相机。此外，将视象看作生物视觉中的脉冲序列，进一步开发了基于脉冲神经网络的机器视觉系统，它可以将机器的速度和生物视觉的机理结合起来，从而实现了比人类视觉快1000倍的高速目标检测和跟踪，并通过辅助裁判和目标瞄准系统证明了脉冲相机和超级视觉系统的效用。文章表明，视象模型和芯片有望从根本上改变图像和视频的概念以及摄影、电影和视觉媒体等相关行业，并开启一个全新的基于脉冲神经网络的速度自由的机器视觉时代。
作者：Tiejun Huang 等
原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.01.012
科学重构珊瑚混凝土细观模型，助力岛礁工程结构更稳固
针对世界范围内对岛礁工程建设的迫切需求，一种新型的轻骨料混凝土——珊瑚混凝土（CAC）凭借其优异的性能及独特的资源优势（就地取材选用来自珊瑚礁和岛屿的珊瑚碎屑和海水），受到了国内外学者的广泛关注，其主要原材料包括珊瑚骨料、水泥、海水和其他外加剂。CAC最早出现在第二次世界大战期间，其主要由海水及太平洋各岛屿产生的珊瑚骨料组成，美国海军土木工程实验室针对CAC的配合比和基本力学性能（如抗压强度、弹性模量和抗弯强度）开展了一系列的试验研究工作。然而，现有的混凝土细观模型中的骨料模型主要是圆形、多面体和球体等规则几何体，这些规则骨料模型在模拟骨料形状和随机分布性方面存在较大局限性。
东南大学张锦华研究团队、南京航空航天大学余红发研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年10月刊发表了题目为《考虑试件形状和支承垫片尺寸效应的珊瑚混凝土劈裂抗拉性能的三维细观研究》的研究性文章，提出了一种考虑骨料形状和空间分布随机性的三维随机混凝土细观模型，影响因素包括试件形状和支承垫片尺寸。文章建立了12个不同的混凝土细观模型，按照试件形状可分为两种，即边长为150 mm的立方体和尺寸为？150 mm × 300 mm的圆柱体。其中，支承垫片宽度为6 mm、9 mm、12 mm、15 mm、18 mm和20 mm。此外，文章系统分析和讨论了试件几何形状和垫片宽度对CAC劈裂抗拉性能的影响规律，包括混凝土开裂过程、最终破坏模式和劈裂抗拉强度（fst）。
值得注意的是，承受较宽压缩荷载的CAC试件的失效破坏结合了压缩和拉伸两种荷载作用机制，其中压缩破坏占主要地位。换而言之，在混凝土试件的劈拉试验中，采用较宽垫片的CAC试件的主要失效模式是压缩破坏，而不是纯粹的劈裂抗拉破坏，这会导致对混凝土劈裂抗拉强度的高估。此外，当垫片宽度大于18 mm时，会在立方体CAC试件的两个侧面观察到弯曲拉伸破坏现象，而这两个侧面与加载平面平行。部分文章在对普通混凝土立方体模型的劈裂抗拉性能进行数值模拟时，也观察到了类似的现象。
结果表明，文章所开发的细观模型具有很高的可靠性，并确定了适用于CAC劈裂抗拉性能模拟和预测的最优计算参数。文章指出，CAC的fst值与试件形状和垫片宽度直接相关。其中，在垫片尺寸相同的情况下，立方体CAC试件的fst值要略高于圆柱体模型，表明可以采用断裂面积的差异来解释试件形状效应对CAC fst值的影响规律。此外，当垫片的相对宽度由0.04增加到0.13时，CAC的fst值会呈现逐渐增大的趋势。基于弹性力学理论，文章初步确定了不同垫片宽度条件下CAC fst的取值范围，这对于研究CAC的抗拉性能具有重要意义。
作者：吴彰钰 等
原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.02.024
同济大学研究团队：过硫酸盐诱导的缺陷氮化碳中三配位氮空位增强光催化产过氧化氢
同济大学毛舜研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年6月刊发《过硫酸盐诱导的缺陷氮化碳中三配位氮（N3C）空位增强光催化产过氧化氢》一文，指出原位光催化可持续过氧化氢合成技术受到越来越多的关注。其中石墨氮化碳（g-C3N4）被认为是最有前途的合成过氧化氢的光催化剂之一；并且，在g-C3N4中引入氮空位已被证明是提高其光催化活性的有效策略。然而，由于g-C3N4中不同类型的氮空位对光催化活性的影响方式不同，氮空位的光催化作用机制尚不清楚。在此，文章提出了一种简便的过硫酸钠共晶聚合方法，制备了具有丰富三配位氮空位（N3C）的g-C3N4。这种类型的氮空位在g-C3N4光催化产过氧化氢的研究中尚未得到重视。文章结果表明，在g-C3N4中引入N3C空位可以成功地拓宽光吸收范围，抑制光激发电荷的重组，增强O2的吸附和活化。富含N3C空位的g-C3N4的光催化过氧化氢产量是原始g-C3N4的4.5倍。总之，文章提出了在g-C3N4中引入N3C空位的新策略，为开发光催化产过氧化氢的活性催化剂提供了一种新方法。
作者：缪蔚等
原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.12.016
探索大脑免疫奥秘，北医三院综述总结质谱流式技术应用
大脑是全身最复杂的器官，由不同类型的细胞组成，是全身的“指挥中心”。除了神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经胶质细胞外，大脑还具有自身的免疫细胞，如小胶质细胞。大脑中的免疫细胞，包括大脑本身具有的免疫细胞和循环免疫细胞，在健康和疾病状态下都发挥着重要的功能。为了满足对脑部免疫细胞表型和功能研究日益增长的需求，急需一种更全面、更精确、更高维的技术。然而，传统的免疫学技术，如荧光流式细胞分选术（FACS）在满足这种信息密集型需求方面存在较大的局限性。
北京大学第三医院薛丽香研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年9月刊发表了题目为《质谱流式技术在脑免疫研究中的应用》的综述性文章，指出质谱流式技术（CyTOF）是一种高维度、高通量和单细胞水平的新型分析技术，可以同时检测多达100种参数。此外，CyTOF在单细胞水平上，还能够识别、检测和表征健康或疾病状态下大脑中的不同免疫细胞。在此，文章主要总结了CyTOF在脑部相关研究中的应用，探讨了CyTOF的技术基础、优缺点，并评价了其在脑部相关疾病临床诊断中的潜在应用。
文章指出，由于大脑组织具有高度异质性，在单细胞水平上研究细胞表面标记物及其表型具有很大的难度。在神经炎症发生时，外周免疫细胞通过血脑屏障迁移到大脑，形成更复杂的大脑免疫微环境。CyTOF可使用少量的样本，并显著增加染色通道，使得研究者可以在单细胞水平上“看到”由各种免疫细胞、肿瘤细胞或突触组成的更高维度全景图。这项技术也为人们提供了一种深入了解细胞表型和功能，及其内部信号传导的方式。更重要的是，CyTOF使得发现更加复杂细胞亚型并构建其细胞网络关系成为可能。
总的来说，尽管CyTOF的成本较贵、制样检测流程冗长、数据定量及可视化较复杂，但是，这种新的高维度检测技术已经彻底改变了单细胞水平的研究。此外，尽管人们对大脑的认知还很有限，但CyTOF作为一种高通量、高维的单细胞分析技术，极大地促进了研究人员对脑部免疫细胞在单细胞水平上的深入研究。有了这个强大的工具，使得科学家可以用更深入、更全面、更精确的方式分析脑部免疫细胞，并且能够更准确、更有效地剖析前所未见的脑部免疫细胞的基本特征。
作者：王艳等
原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.06.022
