仿生伪装与生物驻极体

本文介绍了人类受到自然界的物质结构的启示,仿照生物的伪装方法、理念来改变人类的设计思路;以及直接利用生物材料或仿制出人工材料使之具有与生物材料有相同的功能．介绍了“仿生伪装”和生物驻极体（具有驻极态特性的生物材料）用于伪装材料方面的实践和发展．     

仿生伪装与生物驻极体（续）

本文介绍了人类受到自然界的物质结构的启示,仿照生物的伪装方法、理念来改变人类的设计思路 以及直接利用生物材料或仿制出人工材料使之具有与生物材料有相同的功能.介绍了＂仿生伪装＂和生物驻极体（具有驻极态特性的生物材料）用于伪装材料方面的实践和发展.     

人工智能超材料

人工智能的发展已经给人类社会的发展带来了极大变革,各种基于人工智能的新应用层出不穷。电磁和光学超材料对电磁波有强大的调控能力,且具有灵活的设计特性,尤其是可编程超材料的实时数字化调控能力,有利于基于人工智能技术的电磁超材料的设计和智能化应用。对超材料的智能化设计、智能化结构和智能化系统进行了阐述,对于人工智能技术与电磁和光学超材料的结合,总结介绍了结构优化、架构设计和系统应用的主要进展和成果,并展望了智能超材料的未来发展方向。     

蛋白吸附的光谱分析方法及其对生物材料的合成指导

综述了生物医用材料和血液接触后,不同血浆蛋白组分在材料表面的竞争吸附行为;材料表面特性对血浆蛋白吸附有重要影响,具有表面自由能小、亲水性强、带有负电荷和存在有微相分离结构的材料均能降低血浆纤维蛋白原的吸附,表现出良好的抗凝血性能;总结了红外、圆二色谱、核磁、荧光等光谱学手段在蛋白吸附表征方面的研究进展,XPS、Raman、AFM等现代仪器也崭露头角,其中,石英晶体微天平对吸附机理的研究显得更直观;探讨了指导抗凝血生物医用材料的设计思路,指出蛋白吸附的深入研究有助于提高生物材料设计的水平。     

直流场中超导体-铁磁体的低频磁屏蔽特性（英文）

超导体-铁磁体超材料在静磁场中具有有效的磁屏蔽特性.大部分超材料都是由超导材料和铁磁材料组成,而这种材料的性能主要取决于构成材料的结构,几何尺寸及每种材料的磁导率.本论文将麦克斯韦方程和超材料的设计结合起来,提出一种超导体-铁磁体超材料系统.该系统由两种材料的同轴圆柱体构成,我们研究该系统在直流磁场环境下的屏蔽特性.通过改变屏蔽圆柱体的几何尺寸,我们计算出屏蔽效能从而得到最优屏蔽结构.本论文的工作旨在为核磁共振成像及降低医学器械中的磁场特性提供有效的理论依据.     

若干低维材料的拉曼光谱学研究--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章扼要介绍了2004年国家自然科学二等奖获奖项目：《若干低维材料的拉曼光谱学研究》．用拉曼光谱研究低维纳米材料,必须对传统拉曼光谱学进行改造,创建新的“低维拉曼光谱学”．该项目通过若干低维材料的研究,为创建低维拉曼光谱学作出了系统的创新性贡献,如最先鉴认出典型低维材料的拉曼指纹谱,发现拉曼光谱的两个基本特征出现“反常”,但证明拉曼散射基本原理在低维体系中依然成立．通过低维拉曼光谱和光发射谱的应用研究,发现了材料的许多新奇物性,如发现超晶格和碳纳米管是类缺陷结构,和极性半导体纳米晶材料具有非晶特性,并提出了多孔硅的“量子限制电化学”形成和“多源量子阱”光发射模型,促进了低维材料和半导体器件的制备．     

封面故事

这是一幅为了研究大气压等离子体射流而拍摄的照片,氦气流的纹影（绿色部分）与等离子体射流被同时摄入照片．纹影术（Schlieren photography）常被用于流体动力学的研究．流体介质由于某种原因（例如热膨胀）产生的折射率分布会使通过其间的平行光线发生偏折,这为获得流体运动状态的影像提供了可能．氦大气压等离子体射流是在通过介电材料微管射人大气的氦气流中产生的冷等离子体“类子弹”流,可广泛地用于材料、生物样品以及人类活体表面的处理．为了研究这种等离子体射流的气流与放电行为之间的关系,我们自己设计搭建一套纹影摄影装置,将氦气流的纹影像和等离子体羽流同时摄人一张照片．这是国际上第一张关于大气压等离子体射流的纹影照片．     

凝聚态物理学与材料研究的前沿问题

讨论了凝聚态物理学在当代材料研究的前沿问题中所起的作用，首先对，于那些基本物理学业已能晓的常规材料，极好的机会在于设计并制备出微结构和纳米结构，其次，对于具有强关联电子特征的复杂材料，虽则其物理学尚在探索之中，已有迹象表明这将是新材料的“富矿区”，再次，关于有机及聚合物材料，物理学正在向这领域延拓，在设计和制备分子和超分子结构方面，将会提供许多新的可能性。     

用同步辐射X射线研究材料结构

使用同步辐射X射线进行材料的散射、衍射和吸收实验要比用一般X射线源的实验能提供新的、更精确、更详细的结构信息。同步辐射实验技术已发展到经常用于解决材料结构问题广泛领域的阶段。本文评述了作为材料原子级结构研究的同步辐射X射线散射和吸收技术的新进展,描述了包括表面和界面结构、局域结构、晶体结构和晶体缺陷在内的某些结构研究新例子,也提及最新发展和展望。     

生物物理学的医用发展

 生物物理,特别是生物物理材料的医用研究,近年来在国际医用科学界形成了一个特别值得注意的热潮。人们越来越认识到,从医用科学的角度来看,生物与物理的结合是一个正待发掘的宝藏。这是一个新的交叉领域,充满挑战性又富有机会。人们已经用生物物理材料制作除大脑以外的几乎所有组织和器官用于医疗。目前,在富有挑战性的仿生、智能材料及组织工程材料的研究方向上,都在丰富生物医用材料的内容,而在这一领域的研究应用中,也不乏有许多自然科学的哲学问题。生物物理医用材料技术的兴起和发展的内外部因素生物物理何以在20世纪60～70年代崛起并得到迅猛的发展呢?     

时间反演脉冲电磁波在双负材料中传播特性研究

利用全时域电磁仿真技术, 对比研究了时间反演脉冲电磁波和脉冲电磁波透过Smith结构双负材料后的时域波形、脉宽压缩以及材料内部空间电场峰值强度分布等时域传播特性. 结果表明：时间反演脉冲电磁波在透过双负材料后, 在初始源激励处表现出良好的时间和空间聚焦特性. 更重要的是, 在双负材料内部, 观测到了电场峰值强度减弱、截面电场峰值强度趋向均衡分布等新型的物理现象. 这些物理现象对发展能够承受大功率新型的双负材料电子器件及其应用系统很有参考研究价值.     

太赫兹超材料生物传感器的应用研究进展

太赫兹（THz）波,是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波,在电磁波谱中处于红外与微波之间。太赫兹波的光子能量相对于可见光更低,1 THz对应的能量大约只有4.14 meV,意味着这将大大减少对生物体内组织器官的辐射而引起的伤害,不会对生物分子产生电离。因此,该波段在基础科学、人体安检、危险品检测、高速通信和医学成像等领域具有重要的潜在应用价值。但在医药和生物探测的应用中,通常需要检测微量的分析物,这就需要更高的灵敏度和检测的准确度。但是现存的检测方法受到太赫兹波强度检测可靠性不高的影响。基于超材料的生物传感可以通过增强局域电磁谐振,实现亚波长分辨,大大提高了传感器的分辨率与灵敏度,引起了人们的广泛关注。超材料是一种人工设计的周期性结构,通过合理设计可以增强局域电磁谐振响应,实现亚波长分辨,大大提高传感器的分辨率与灵敏度。太赫兹超材料传感器为生物传感领域提供了一种新的检测方法,具有灵敏度高、响应速度快、无标记检测等优点。随着微纳加工技术的快速发展,制作超材料太赫兹传感器的成本不断降低,从而在生物医学领域具有非常大的潜在应用价值。基于超材料的太赫兹传感器的研究已成为目前一个非常热门的国际前沿方向。但是关于太赫兹超材料传感器的最新研究进展未见报道,为此通过大量搜集并整理相关资料,综述了太赫兹超材料传感器在各种生物探测场景中的最新应用,分别从医学诊断、食品安全、农药检测等方面展开介绍。最后,对太赫兹超材料在生物传感器的发展和应用前景进行了总结和展望。该研究将为人们充分掌握太赫兹超材料生物传感器的最新应用进展提供重要参考,同时为太赫兹超材料传感器的发展和应用提供方向性的指导。     

生物光子学进展

本文从生物特性研究中的光子学技术、生物体的超弱发光、光与生物系统的相互作用和生物光子材料四个方面阐述了生物光子学的最新发展,介绍了各项研究工作的重要意义和发展方向.     

聚乳酸纳米复合材料的红外成像方法研究

聚乳酸是一类生物可降解聚合物,具有良好的生物相容性。纳米材料改性的聚乳酸复合物具有优异的性质,在包装、生物医用材料、组织工程等领域有重要用途。本文采用红外成像结合主成分分析法对聚乳酸纳米复合材料进行了系统研究。这两种方法的结合能从分子水平上反映生物聚合物的结构变化,为深入研究提供依据。     

超导体的“面子”

俗话说：“人活一张脸,树活一张皮。”人类其实是爱“面子”的动物,正是如此才有“女为悦己者容”的古语和“不爱江山爱美人”的故事。长的一副好脸蛋,无论是对女人还是对男人都是一件好事,因为脸是长给别人看的,给别人一个好印象就是好事的开端。看来“面子”对人至关重要,也是标定每个人特征的最大关键（图1）。对于凝聚态物理学研究对象之一——固体材料来讲,其实也存在类似的“面子”问题。下面我们就先来看看这个固体的“面子”到底是怎么样的？     

太赫兹波段超材料在生物传感器的应用研究进展

超材料对电磁场的局域增强以及对周围环境的介电性质敏感等特性,可用于无标记生物检测,因而越来越受到国内外的学术关注,特别是太赫兹波段的超材料生物传感器。总结了近年来太赫兹波段超材料在生物传感器方面取得的进展。首先介绍了超材料生物传感器的基本原理,接着分析和讨论了衬底材料和厚度的选择、超材料结构对传感器灵敏度的影响。分析表明,通过优化结构、采用低介电常数和损耗低的薄衬底,能进一步提高生物传感器的灵敏度, 并且多种物质在太赫兹波段都有直接的电磁响应特征,因此利用太赫兹波段超材料实现无标记生物检测具有很大的应用潜力。最后初步探讨了该生物传感器的发展趋势与前景。     

仿生辐射制冷的研究进展

辐射制冷是一种通过光谱调控来实现降温的新型制冷技术,相比于传统的主动制冷技术,如吸收式制冷、压缩制冷等,具有独特的优势,在环境保护和能源利用方面具有重要意义.本文首先从辐射制冷的基本原理出发,介绍了自然界中生物所具有的辐射降温特性.不同生物通过其材料、微观结构、行为等实现辐射制冷调控,为人类探究新型辐射制冷材料和器件带来了启发.本文也归纳了生物的辐射制冷机制,总结了生物结构的优化方法,并介绍了当前仿生辐射制冷的研究进展,对仿生辐射制冷的研究方向、应用前景和材料制备方法进行了展望.高功率、智能化的辐射制冷材料和器件是未来仿生辐射制冷的重要发展方向,先进微纳加工技术的融入将使仿生辐射制冷在未来具有更广阔的市场和应用.     

齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.     

一维纳米限域物质的结构

低维材料的结构探索是我们全面认识元素物态的关键.近年来,研究方法的发展使包括一维原子链在内的各种低维结构逐渐被报道.根据一维限域材料的发展现状,本文重点对直径1 nm以下单质材料的结构和物理性质进行了综述,并简要总结了此类研究中常用的实验技术和理论方法.希望通过材料结构特性的解读和研究方法的讨论,说明目前理论计算层面存在的困难及需要面临的挑战,并以此对一维限域材料的研究前景进行展望.     

平面金属等离激元美特材料对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用

本文对具有类EIR色散特性的平面金属等离激元美特材料(planar plasmonic metamaterials, PPM)对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用进行了研究. 我们首先运用传输矩阵方法分析了利用PPM结构的色散来增强光学Tamm态对应模式电磁局域密度的可能性. 其次, 我们将具有类EIR特性的PPM与一维光子晶体(photonic crystal, PC)合在一起设计了一种平面等离激元美特材料-光子晶体(PPM-PC)异质结构. 研究发现, 通过在电磁局域密度最高的PPM结构中(或附近)加入增益介质, 可观察到比通常光学Tamm态更强的激射增强效应及更明显的单色性响应. 这些特性使得这种PPM-PC结构有望被应用于低阈值激光器、荧光增强等方面.