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光驱动微型游泳机器人问世

人民网

近日,中国科学院沈阳自动化研究所田孝军教授及其科研团队设计出一种微型柔性游泳机器人,该机器人长2.6厘米,仅用光进行驱动和控制,不需要无线通讯设备和电池。相关研究成果在线发表12月4日自然出版集团旗下的《科学报告》上。 通常机器人需要由复杂的无线通讯零件、电子设备和能量储存设备组成,而这些设备限制了机器人微型化的程度。为了寻找替代方法,田孝军及其科研团队设计出一种微型柔性的游泳机器人,由对紫外线(UV)敏感的含有偶氮苯生色团聚合物的薄膜制作,不仅可在水中游动,还可携带货物。 研究人员用周期性闪烁的紫外线和白光,对机器人的鞭毛进行控制,使其来回摆动,推动机器人在充满液体的玻璃管中前进。研究人员将含有偶氮苯生色团聚合物的薄膜比喻成是机器人的“马达”,紫外线与白光的交替工作比喻成是机器人的“电源和信号线”。 与此同时,研究人员用另外一组光信号控制机器人头部夹持器,其可以通过控制光信号来指挥机器人抓住并携带负载。为避免两路光路相互干扰,研究人员设计了两路垂直交叉的光源系统,用水平面的光源控制鞭毛在水平面上摆动,用垂直面的光源控制夹持器的开与合。 田孝军介绍,这种远程光驱动方式实现了复杂驱动控制

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零折射率超材料可整合在芯片上让光速“无限大”

科技日报

*近,美国哈佛大学科学家**设计出一种折射率为零、能整合在芯片上的超材料,光在其中的速度可以达到“无限大”。这一成果为探索零折射率物理学及其在集成光学中的应用打开了大门。 这种零折射率材料由镀金硅柱阵列嵌入聚合物基阵构成,没有相推进,会产生静止相态,其波长可以看作是无限长。 听起来这好像违反了相对论法则,但实际上没有。宇宙中没什么东西能跑得比光快,但光还有另一种速度,即波峰运动的速度,称为相速度,这种光速快慢取决于光通过的材料。比如光通过水面时,相速度会因波长被挤压而变小,进入水中后,相速度会再变大,因为波长被拉伸。在介质中,用折射率来表示光波波峰的速度减慢,折射率越高,对光波衍射的干扰越大,如水的折射率约是1.3。 而在零折射率材料中,没有波峰波谷的相推进,这意味着光表现得不再像一种运动波,而是一种静止相,所有波峰波谷排成无限长的波长。波峰和波谷只作为一种时间上的变量,而不是空间。 光很难被挤压或操纵,而这种统一相态让光变得可以拉伸、挤压或扭曲而不会损失能量。把零折射率材料整合到芯片上,有望带来光明的应用前景,尤其是在量子计算领域。 据物理学家组织网报道,零折射率的超材料由镀金硅柱阵

石墨烯研发再获突破 可大幅提升LED性能并降低成本

阿拉丁照明网

石墨烯导热性能良好。日前,北京大学一课题组利用化学气相沉积的方法,通过优化生长条件,在玻璃表面成功实现石墨烯的直接生长,有望加速石墨烯材料与玻璃产业的融合,推动石墨烯玻璃大规模应用。该材料也可应用于LED灯具的导热部件,包括灯座、冷却散热灯杯和灯具外壳等领域。 近日,**学术期刊《自然材料》对这项*新研究进行了报道。玻璃是成本低廉、透光性好的传统建筑材料之一,而石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的碳材料,是目前已知的*薄、*坚硬、室温下导电性*好并拥有强大灵活性的纳米材料。将石墨烯与玻璃结合生产出的新型复合材料石墨烯玻璃,将极大拓展玻璃应用空间,引发玻璃产业从大批量低附加值应用到节约型高附加值应用的**性转变。 由于此前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或转移的方法获得。这种方式获得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的问题,从而严重影响石墨烯玻璃的性能。同时,传统制备方法操作繁复、成本高、产率低,也难以满足大规模应用的需求。因此,发展一种在玻璃基底上直接生长石墨烯的新方法,是目前相关研究中的一个重要课题。 因此,北大化学与分子工程学院刘忠范院士领导的研究团队经长期研究,通过对反应气体浓度

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半导体 晶体管和集成电路

科普中国

1947年12月23日圣诞节前夕,在美国新泽西州贝尔实验室里,3位科学家肖克莱博士、巴丁博士和布菜顿博士正有条不紊地进行着用半导体晶体把声音信号放大的实验。他们惊奇地发现,器件中通过的一部分微弱电流,竟然可以控制另一部分大得多的电流,产生放大效应。当时人们还未意识到,这个器件,就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。正是因为这份“献给世界的圣诞节礼物”,3位科学家共同荣获1956年诺贝尔物理学奖。 这项神奇的发明究竟是什么呢?晶体管被人们形象地称为“三条腿的魔术师”,是一种三个支点的半导体固体电子元件。像金、银、铜、铁等金属,它们导电性能好,叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电,叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质,如硅、锗、砷化镓等,就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的,这类材料*常见的便是锗和硅两种。晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管诞生之后,便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。1953年,首批电池式的晶体管收音机一投放到市场,就受到人们的热烈欢迎。不久,不需要交流电源的袖珍“

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加拿大大学成功研发新型硅光子集成可调滤波器

光纤在线

如何建设更高速更优化的因特网?如何让无源器件进一步可集成化?加拿大魁北克城Laval大学Shi Wei教授用自己全新设计的可调光滤波器给出自己的答案。 Shi教授指出,能耗和每个光器件的成本妨碍了更高速因特网的实现。他和他的团队设计的可调光滤波器由于其可集成到光子芯片上大大降低了光网络的成本和功耗。 该可调滤波器的性能可以比拟传统的可调滤波器,但是尺寸和成本只是原来的几分之一。该器件的可调谐范围号称是硅芯片上以往展示的可调谐滤波器中*宽的。此外,该器件拥有几乎无限的自由频谱范围,意味着它可以在任何频率范围工作。另外,该器件还具有非常低的插损和带内波动,低串扰和低延迟的特性。 该器件采用了比人类头发的宽度小1000倍以上的周期性的纳米结构来实现分光。波长调节基于硅芯片上的微加热器来改变纳米结构。整个器件在CMOS兼容的纳米光子平台上实现,从而确保了低成本。 Shi教授表示,“*令人兴奋的所有这些都是在硅光子平台上实现的。这标志着这种滤波器可以同其他器件集成到一起,这就像找到拼图游戏中迷失的一片。” 可调谐滤波器是光网络设计中重要的光器件。由于光谱资源是有限的,灵活分配带宽,在指定时间分配

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松下开新材料半导体激光器使汽车前灯世界*亮

LED在线

松下近日开发出了可使汽车前灯亮度达到世界*高水平的技术。新技术将电力转换为光的半导体激光器采用了新材料,将光的强度提高至以往的1.5倍。在黑暗环境下也易于发现远方行驶的汽车等,有助于提高行车的**性。松下在DVD播放机等使用的半导体激光器领域在全世界掌握约8成份额。松下计划利用优势技术,开拓不断增长的汽车相关市场。 半导体激光器输入功率的7成为热能,如果封闭在内部,发光的能力易于下降。此次为行业内**降低热能的节能型激光器的开发成为可能。 新型半导体激光器在元件的一部分上采用了易于导热的氮化铝,形成了易于散热的结构。使之能高效发光,作为发光的性能,激光器的输出功率从以往被视为极限的3瓦提高至世界*高的4.5瓦。此外,照射距离有可能从现在的500米左右增加至700米左右。作为属于增长领域的汽车相关市场的战略性零部件,松下力争在2019年之前实用化。 汽车用前灯正不断采用节能性高的发光二极管(LED)。半导体激光器由于价格昂贵,目前在汽车领域仅有一部分**车采用。松下将宣传能照射得更远的激光器照明的优点,以拓展需求。此外,松下还将作为体育场等的聚光灯和激光加工机的光源来销售。 松下将汽车相

混合材料如何千倍提升光伏电池转换效率

太阳库

随着新能源的不断开发与使用,科学家们也在思考如何能够充分利用新型能源资源,降低在使用过程中的一些不必要损耗。于是,一种用于太阳能电池新型混合材料应运而生,使用该材料后可以让原先被浪费的部分太阳能转化为电能,从而大大提升了太阳能的转换效率。 美国加州大学的Christopher Bardeen教授及其研究团队通过一系列实验研究后发现,混合分子纳米晶体可以将两种低能光子相结合产生一种高能光子,不仅使太阳能转换效率达到了*大化,而且极大地降低了太阳能发电成本,这标志着人类在太阳能电池制备领域迈出了重要的一步。 图片说明:(a)当一束绿色激光照射到包覆有机材料的硒化镉上时,它会转化为更高能的光;(b)而照射到包覆着其他材料的硒化镉上时,光将直接通过。 科学家们指出,彩虹即是由不同波长的光子组成的,波长不同,其散发出的能量也不同,总的来说,光子的波长越长,能量越低,而这也为太阳能工程师们制备太阳能电池提供了灵感。太阳能电池的工作原理即是使光子与电子相互作用,将光子的能量转化为电能。 所有的太阳能电池都有一个带隙(导带的*低点和价带的*高点的能量之差,带隙越大,导带的电导率也就越低),在使用过程中

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