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  日冕物质抛射(简称CME)是太阳外层大气中剧烈的能量释放过程之一,通常由日珥爆发驱动。从日面中心附近出发且朝向地球传播的CME称为晕状CME,可能引起灾害性空间天气。传统的“冰激凌”锥模型(conemodel)在CME的几何形态和运动学演化研究中取得较大成果,但不适用于非径向传播的CME。  近期,中国科学院紫金山天文台研究人员对传统锥模型加以改进,认为锥的顶点位于爆发源区而不是太阳中心。模型中,四个几何参数由锥轴向偏离局地径向的两个角度(θ1,φ1)、锥的长度(r)和角宽度(ω1)决定(图1)。随后,研究人员把该模型运用到两个非径向日珥爆发驱动的CME中。两个事件同时被美国太阳动力学天文台(SDO)和日地关系天文台(STEREO-A)的极紫外望远镜从不同角度观测到,因此可以较好地对改进锥模型的四个参数进行约束。结合模型和多视角观测,研究人员对两个CME早期三维几何形态和运动学演化开展了研究(图2)。该方法有望运用到地面和空间望远镜对CME的立体观测中,为空间天气预报提供理论基础,并为ASO-S卫星数据分析做科学准备。  相关研究成果以快讯方式发表在AstronomyandAstrophysics上。研究工作得到国家自然科学基金重大项目、面上项目和中科院战略性先导科技专项的支持。  论文链接图1.改进的锥模型(其中锥由洋红色表示)及坐标变换示意图 图2.2011年8月11日SDO卫星(左列)和STEREO-A卫星(中列)对非径向爆发CME的同时观测,并叠加了锥的投影(洋红色)。右列展示从太阳北极的俯视图

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  非线性光学(NLO)倍频开关材料是指NLO倍频响应在不同的外部刺激下发生可逆转换的一类材料,在光学开关、传感器、数据存储、智能器件等领域有应用前景。目前,NLO倍频开关材料主要集中在有机物和有机-无机杂化化合物中,其带隙值往往较窄,深紫外NLO倍频开关材料未见相关报道。   中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室“无机光电功能晶体材料”研究员罗军华团队发现一例新型深紫外无机倍频材料无机硫酸盐Li9Na3Rb2(SO4)7。热分析测试表明,该化合物在783K左右会发生热致可逆相变。变温NLO测试表明,该化合物在相变前后具有可逆的NLO倍频开关响应,并表现出大的NLO倍频开关比。同时,线性光学测试表明该化合物具有宽的的带隙,大于6.7eV,表明能够应用于190nm以下的深紫外波段。   此外,研究团队与桂林理工大学教授匡小军合作,收集了该化合物在不同温度下的原位中子衍射图谱,并解析了该化合物的高温结构。结构分析表明,该化合物的NLO开关响应是局部NLO活性基元(SO4)2-发生平移和旋转导致的。   该研究进一步扩宽了NLO倍频开关材料的可应用波段,为研究深紫外NLO倍频开关材料提供了新思路。相关成果发表在CCSChemistry上。   论文链接 无机深紫外非线性倍频开关

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  近日,中国科学院上海高等研究院低碳转化科学与工程重点实验室研究员曾高峰团队在石墨烯复合膜的改性与结构调控及在海水淡化中分离机理的研究取得新进展。该工作以InterfacialIonsSievingforUltrafastandCompleteDesalinationthrough2DNanochannelDefinedGrapheneCompositeMembranes为题,发表在《美国化学会纳米》(ACSNano)上。  二维石墨烯基材料,如氧化石墨烯(GO),因其接近单原子厚度、可调控的纳米结构以及不易降解结垢的特性,在膜分离领域取得大量研究成果。但是,GO片层的亲水性和层间弱相互作用会阻碍水传输并易溶胀,因此GO膜在小离子脱盐中并无优异性能,而石墨烯具有二维结构以及憎水光滑低阻表面,使其在脱盐方面具有潜力。  科研人员在前期膜材料研究基础上(ACSCentSci2019,5,1834;AdvMater2018,1705775;JMembraneSci2018,552,13;NatCommun2017,8,825;ChemEngJ2017,313,957),开发出简单易行的硫醇-烯点击法制备全氟烷基接枝石墨烯(fGraphene)复合膜,其片层通道被精确控制在~1.1nm。在接触式膜蒸馏测试中,fGraphene膜对盐水小离子具有近乎完全的脱盐率,而水通量则达到30LMH,比商用膜和GO膜高数十倍(图1)。fGraphene膜优异的快速离子脱除性能归因于其独特的双重传质孔道网络,即大部分液态水不经过相变直接从二维纳米通道界面传输。该工作首次展示出在堆叠态多层石墨烯基膜上能够实现高效脱盐,提供了石墨烯膜功能化的方法,揭示了传输机理,为石墨烯材料在膜分离领域的更多应用提供可能。  研究工作得到国家自然科学基金委员会、中科院青年创新促进会和上海市科学技术委员会的资助。  论文链接fGraphene膜界面筛分示意图及不同浓度NaCl溶液的水通量

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  近日,中国科学院自动化研究所智能机器人系统研究部研究员王硕团队在机器人多模式视触觉感知领域取得进展。团队针对高精度多模式触觉传感提出基于双目视觉的视触觉传感技术路线——GelStereo系列,推动机器人视触觉传感及灵巧操作领域的发展。该研究成果发表于IEEETransactionsonIndustrialElectronics。   机器人多模态感知及灵巧操作是迈向下一代类人及通用机器人技术研究的关键内容,在工业生产、医疗康复及航天航空等领域具有广泛的应用前景。但在多模式视触觉感知方面,相比于视觉传感器及感知算法的飞速进展,触觉传感技术发展缓慢,进一步迟滞着机器人多模态感知及接触-丰富操作任务中的操作技能学习。   传统的触觉传感器多为贴片式阵列传感器,通常将触摸信号转化为不同电信号,进而从电信号分布中间接恢复出其他不同的接触模式信息,如接触力、接触形状。这类触觉传感器具有集成简易、采样率高等优势,但因为制作工艺复杂也存在着空间分辨率不高、成本高昂及容易损坏等问题,严重阻碍了其大规模应用。近年来,以GelSight传感器为代表的视触觉传感技术在触觉精密测量、机器人抓取与灵巧操作等领域受到广泛关注,它们将触觉信息转化为胶体层的形变进而使用视觉算法获取多模式触觉信息。此类传感器突破了大多数技术路线无法获取稠密接触几何形状的难题,但因为光度立体算法的使用,对光源结构要求较高,且光照分布一致性的要求阻碍了其在多曲率仿生指尖结构中的部署,在具体应用场景中依然受限。   针对上述问题,自动化所智能机器人系统研究部提出基于双目视觉的视触觉传感技术路线——GelStereo系列,尝试解决因光度立体算法的使用带来的光源及结构设计问题,并实现了包括接触几何形状重建、滑动检测、稠密三维力测量等在内的高精度多模式触觉感知功能,拓宽技术应用场景,推动多模式视触觉传感领域发展。   GelStereo系列采用立体视觉技术捕捉接触胶体层的形变信息,进而通过不同的视觉算法与接触模型相结合实现各类高级触觉感知功能。具体而言,GelStereo采用视觉算法捕捉标记点(高于1mm空间分辨率)位移场变化实现对接触表面滑动场的测量,并通过有限元分析与接触力模型结合实现对稠密阵列三维力的测量。该研究目前已成功应用于不同Gripper指尖并完成抓取物体姿态估计、插拔旋拧等各类机器人感知与灵巧操作任务。  此外,该系列采用自监督学习的方式实现了对整个接触表面的深度重建,具有结构泛化性,使其可以应用于多曲率接触表面,拓宽了视触觉传感器在高精度触觉几何形状测量领域的使用前景,即将应用于腕部触觉传感器、多指灵巧手仿生指尖等更具有挑战性的集成场景,在精密触觉测量、机器人交互感知、灵巧抓取与操作领域具有潜在应用价值。GelStereo传感器结构示意图GelStereo视触觉传感系列触觉传感功能示意图

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  9月21日,CellReports在线发表题为《小脑去极化扩布介导发作性运动障碍》的研究论文,该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与类脑研究中心研究员熊志奇研究组完成。研究基于发作性运动诱发性运动障碍(paroxysmalkinesigenicdyskinesia,PKD)的模型小鼠,利用电生理、钙成像以及行为学分析等技术手段,证明PKD致病基因PRRT2突变会导致小脑皮层对去极化扩布(spreadingdepolarization)易感,该发现为PKD神经病理机制的研究提供了新的理论和实验范式,也为PRRT2相关发作性神经系统疾病的治疗提供了新思路。  PKD属于发作性神经系统疾病,主要由PRRT2基因功能缺失性突变所致。突然运动或身体姿势改变会诱导患者出现不自主运动,表现为手舞足蹈、姿势异常、手足徐动、投掷动作或其它非自主运动,可持续数秒至数十秒不等。以往的临床研究中,该疾病的发作症状已得到较为全面的描述,但是介导不自主运动障碍发生、发展和终止的神经病理机制仍然未知。  科研人员在系统性研究发作性运动障碍的病理机制过程中,发现PKD模型小鼠小脑皮层对去极化扩布极其易感,对小脑皮层颗粒细胞进行不同类型的刺激均能有效诱导去极化扩布的产生和传播,并且去极化扩布总与运动障碍的发作并行发生。基于该发现以及小脑对运动调节的重要作用,科研人员首次提出发作性运动障碍的“小脑去极化扩布”假说(图1)。去极化扩布或称扩布性去极化波,是一类病理状态下由局部刺激诱发的能在大脑灰质区缓慢扩布的强直性去极化事件,常伴发于急性脑损伤、急性脑血管病以及先兆型偏头痛等。以往的研究表明,大脑皮层和海马组织对去极化扩布较为易感,而小脑皮层则对此事件有较强的抗性。目前,塑造小脑皮层该特性的细胞分子机制尚未得到确切阐述。  该研究表明,小脑颗粒细胞中的PRRT2蛋白在小脑抵抗扩布性去极化的过程中扮演重要角色。PRRT2蛋白通过延缓失活状态钠离子通道的恢复减少其在重复刺激过程中的开放,进而减弱神经元的持续兴奋能力,以此阻止局部刺激诱导去极化扩布在小脑皮层的产生。在小鼠小脑皮层颗粒细胞中选择性敲除Prrt2基因则使小脑皮层处于去极化扩布易感状态。进一步研究表明,在Prrt2基因敲除小鼠中,去极化波从触发点开始会以1.5-3mm/min的速度在小脑皮层内向四周扩布,并使所过区域细胞外钾离子浓度急剧升高,致使小脑颗粒细胞和浦肯野细胞发生长时间的持续去极化,最终导致浦肯野细胞发生去极化阻滞(depolarizationblock)而停止规律性的动作电位发放。浦肯野细胞是小脑皮层主要的输出神经元,其神经末梢投射至小脑深部核团(cerebellardeepnuclei),形成小脑浦肯野-深部核团环路。研究表明,小脑去极化扩布可能通过该环路对深部核团神经元正常活动产生严重干扰,并导致发作性运动障碍的发生(图2)。  研究工作得到上海市科学技术委员会、中科院、国家自然科学基金委员会和科技部的资助。图1.去极化波在小鼠小脑皮层缓慢扩布示意图。图2.PRRT2缺失或功能缺陷可以通过增强钠离子通道功能使小脑皮层对去极化扩布易感。去极化扩布在小脑皮层的传播干扰小脑浦肯野-深部核团环路功能并最终导致发作性运动障碍

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  人类活动往往通过增加外部资源的供给或减少本地植物对资源的获取,导致群落中资源的可利用性产生波动。资源波动假说认为,当本地植物群落中可利用的资源发生波动时,外来植物更容易成功入侵。在自然界中,资源波动往往以脉冲形式发生,并呈现出频率低、强度高和持续时间短等特征。然而,资源脉冲的基本属性(如强度和时间)如何影响外来植物入侵仍有待探究。  中国科学院武汉植物园博士陶至彬以恶性入侵植物小蓬草和6种本地植物构建人工群落。研究发现,营养脉冲的发生强度、时间以及其交互作用明显影响小蓬草的生长(生物量)和入侵性(生物量占群落生物量的比例)。在低营养强度下,中、后期的脉冲促进小蓬草的生长和入侵;在中等强度下,后期的脉冲抑制小蓬草的生长,但不改变其入侵性;在高强度下,早、中期的脉冲抑制小蓬草的生长和入侵。上述结果表明,资源脉冲的基本属性显著影响外来植物小蓬草的入侵。该研究有助于准确评估全球变化对小蓬草入侵的驱动作用,阐明小蓬草在全球变化背景下的入侵机制和生态危害,为防控小蓬草入侵提供理论依据。  研究工作得到国家重点研究发展计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金和武汉市应用基础前沿计划等的支持。相关研究成果以Magnitudeandtimingofresourcepulsesinteracttoaffectplantinvasion为题,发表在Oikos上。  论文链接 资源脉冲的发生时间和强度影响小蓬草的入侵性(小蓬草生物量占群落生物量的比例)

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