中国科技部高技术研究发展中心(科技部基础研究管理中心)3月17日下午在北京发布2022年度中国科学十大进展,祝融号火星车巡视雷达揭秘火星乌托邦平原浅表分层结构、被誉为“中国天眼”的FAST(500米口径球面射电望远镜)精细刻画活跃重复快速射电暴等10项研究成果,从推荐的600余项科学研究进展中脱颖而出入选年度中国科学十大进展。
最新发布的这十大科学进展具体如下:进展1:祝融号火星车在乌托邦平原进行原位雷达探测(设计:中科院地质与地球所团队;绘制:武汉大学邓俊) 进展完成团队 供图——祝融号巡视雷达揭秘火星乌托邦平原浅表分层结构。
中科院地质与地球物理研究所陈凌、张金海团队等对祝融号火星车行进约4个月、探测长达1171米的低频雷达数据进行了深入分析和精细成像,获得乌托邦平原南部浅表80米之上的高精度结构分层图像和地层物性信息,研究发现该区域数米厚的火壤层之下存在两套向上变细的沉积层序:第一套层序位于地下约10-30米,其形成可能与距今约16亿年以来短时洪水、长期风化或重复陨石撞击作用有关;第二套层序位于地下约30-80米,可能是距今35亿-32亿年前大型洪水事件沉积。
现今该区域80米之上未发现液态水存在的证据,但不排除存在盐冰的可能性。
该研究揭示现今火星浅表精细结构和物性特征,提供火星长期存在水活动的观测证据,为深入认识火星地质演化与环境、气候变迁提供重要依据。
进展2:“中国天眼”发现重复快速射电暴。
进展完成团队 供图——FAST精细刻画活跃重复快速射电暴。
快速射电暴(FRB)是宇宙无线电波段最剧烈的爆发现象,起源未知,是天文领域重大热点前沿之一。
中科院国家天文台李菂团队联合北京大学、之江实验室和中科院上海天文台团队利用FAST发现世界首例持续活跃的快速射电暴FRB20190520B,拥有已知最大的环境电子密度,有效推进FRB多波段研究。
通过监测活跃重复暴FRB20201124A,获得迄今为止最大的FRB偏振样本,探测到FRB局域环境的磁场变化及其频率依赖的偏振振荡现象。
针对FRB20190520B、FRB20201124A为代表的活跃重复暴,组织国际合作揭示并描述FRB周边环境的单一参数即“RM弥散”,提出重复快速射电暴偏振频率演化的统一机制。
FAST精细刻画活跃重复快速射电暴,构建统一图景,为最终揭示快速射电暴起源奠定了观测基础。
进展3:全新原理实现海水直接电解制氢的原理与技术样机图。
进展完成团队 供图——全新原理实现海水直接电解制氢。
海水复杂组分引起的副反应和腐蚀性等问题一直是海水直接电解制氢难以破解的重大难题。
深圳大学/四川大学谢和平团队通过将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程与电化学反应结合,开创海水原位直接电解制氢全新原理与技术,建立气液界面相变自迁移自驱动的海水直接电解制氢理论方法,形成界面压力差海水自发相变传质的力学驱动机制,实现无额外能耗的电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定海水直接电解制氢。
自主研制的原理样机在真实海水中稳定制氢超过3200小时,法拉第效率近乎100%,隔绝海水离子的同时实现无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢技术突破,为解决该领域长期困扰科技界和产业界的技术难题奠定了基础。
进展4:介导免疫逃逸的新冠病毒受体结合域突变位点的预测。
进展完成团队 供图——揭示新冠病毒突变特征与免疫逃逸机制。
北京大学、北京昌平实验室曹云龙、谢晓亮团队联合中科院生物物理研究所王祥喜团队率先揭示新冠奥密克戎突变株及其新型亚类的体液免疫逃逸机制与突变进化特征,揭示奥密克戎BA.1中和抗体逃逸机制,及其与病毒刺突蛋白结构特征的联系;发现奥密克戎BA.4/BA.5变异可逃逸人体感染BA.1后所产生的中和抗体,证明了难以通过奥密克戎感染实现群体免疫以阻断新冠传播;基于自主研发的高通量突变扫描技术,成功预测新冠病毒受体结合域免疫逃逸突变位点,并前瞻性筛选出广谱新冠中和抗体。
相关研究为广谱新冠疫苗和抗体药物研发提供了理论依据和设计指导,为全球新冠疫情防控提供了重要参考。
进展5:创世界纪录效率的全钙钛矿叠层太阳能电池和组件。
进展完成团队 供图——实现高效率的全钙钛矿叠层太阳能电池和组件。
钙钛矿叠层太阳能电池具有低成本溶液处理的优势,在薄膜太阳能电池的大规模应用中显示出重要前景,但全钙钛矿叠层电池光电转换效率仍低于单结钙钛矿电池,其中窄带隙钙钛矿晶粒表面缺陷密度高,是制约提升叠层电池效率的关键瓶颈。
南京大学谭海仁团队通过设计钝化分子的极性,提升其在窄带隙钙钛矿晶粒表面缺陷位点上的吸附强度,显著增强缺陷钝化,大幅提升全钙钛矿叠层电池的效率,创造了钙钛矿电池新的纪录并首次超越了单结钙钛矿电池,与市场主流的晶硅电池最高效率相当。
该团队开发出大面积叠层光伏组件的可量产化制备技术,使用致密半导体保形层来阻隔组件互连区域钙钛矿与金属背电极的接触,显著地提升了组件的光伏性能和稳定性。
进展6:新原理开关器件示意图。
进展完成团队 供图——新原理开关器件为高性能海量存储提供新方案。
高密度与海量存储是大数据时代信息技术与数字经济发展的关键瓶颈。
中科院上海微系统与信息技术研究所宋志棠、朱敏团队发明了一种基于单质碲和氮化钛电极界面效应的新型开关器件,充分发挥纳米尺度二维限定性结构中碲熔融—结晶速度快、功耗低的独特优势,“开态”碲处于熔融状态是类金属,和氮化钛电极形成欧姆接触,提供强大的电流驱动能力,“关态”半导体单质碲和氮化钛电极形成肖特基势垒,彻底夹断电流。
该研究为发展海量存储和近存计算提供了新的技术方案。
进展7:从超冷双原子分子和原子混合气中利用射频场合成三原子分子的示意图。
进展完成团队 供图——实现超冷三原子分子的量子相干合成。
利用高度可控的超冷分子来模拟复杂的难于计算的化学反应,可以对复杂系统进行精确的全方位的研究。
中国科学技术大学潘建伟、赵博团队与中科院化学研究所白春礼团队合作,在钠钾基态分子和钾原子混合气中,在分子-原子Feshbach共振附近利用射频合成技术首次相干地合成了超冷三原子分子。
该研究为超冷化学和量子模拟的研究开辟了新的方向。
进展8:富勒烯改性铜催化煤/合成气常压制乙二醇技术。
进展完成团队 供图——温和压力条件下实现乙二醇合成。
目前乙二醇的全球年需求量达数千万吨级,主要