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    一周前沿科技盘点丨SEI膜“无机化”助力锂电池快充；有机肥提升黑土质量的关键机制

    18小时前

    阅读(23)

    北京国际科技创新中心.gif

      锂离子电池的快充能力受限于电极界面SEI膜的结构与离子传输效率。最新研究揭示电流密度可调控SEI膜成分，为高性能电池设计提供新路径。


      东北黑土是国家粮食安全的根基。研究表明，有机肥通过优化土壤团聚体结构，显著提升碳氮磷储量与整体地力。


      基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第166期。


      1 《ACS Energy Letters》丨SEI膜“无机化”助力锂电池快充

    13.png

    （a）电流密度衍生界面演变规律示意图，（b）界面离子传输阻抗，（c）不同化成制度下电极倍率性能，（d）快速化成界面结构，（e）快速化成界面演变结构


      锂离子电池性能高度依赖电极-电解液界面形成的固体电解质界面（SEI）膜。该膜结构复杂，由有机/无机、晶态/非晶组分构成，并在电池运行中动态演变，直接影响反应动力学与健康状态。


      中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员王雪锋团队聚焦界面动态过程，结合冷冻电镜等先进表征手段，系统研究SEI膜形成机制。此前发现低温下易生成富有机亚稳态SEI膜，阻碍锂离子传输；据此提出“低LUMO能级+极性基团”电解液设计策略，促进富无机SEI形成，改善低温性能。在此基础上，团队进一步揭示电流密度对SEI演化路径的关键作用：小电流下单电子还原主导，生成富有机SEI；大电流下双电子还原占优，形成富含无机物的SEI。这些无机颗粒遵循经典形核理论，随电流增大而数量增多、粒径减小，在膜内均匀致密堆叠，提供丰富晶界通道，显著降低Li⁺迁移势垒，提升界面离子电导率和倍率性能。同时，致密结构有效抑制电解液持续分解，保障快充过程中SEI的动态稳定性。


      该成果突破传统认知，为高倍率、长寿命二次电池的界面工程提供了新思路与实验支撑。


      原文链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c02398


      2 《Plant and Soil》丨有机肥提升黑土质量的关键机制

    14.png

    基于偏最小二乘路径模型的路径分析图


      黑土地被誉为“耕地中的大熊猫”，其保护对保障国家粮食安全和生态可持续至关重要。


      中国科学院东北地理与农业生态研究所依托海伦农业生态实验站，系统评估了长期施用有机肥对玉米-大豆轮作体系下黑土团聚体结构、碳氮磷养分储量及土壤质量指数的影响。研究发现，化肥配施有机肥显著提高大团聚体和中团聚体比例，使土壤有机碳、全氮和全磷储量较单施化肥或不施肥处理分别提升7.59%–14.79%、3.37%–25.78%和4.63%–18.33%；表层与深层土壤质量指数亦分别提高18.32%–33.08%和2.4%–17.0%。不同粒径团聚体对养分贡献存在分层特征：表层土中，中团聚体贡献了87.8%的有机碳、97.6%的全氮和85.2%的全磷，是提升地力的核心单元；深层土则以大团聚体为主导。随机森林分析表明，原土氮储量是土壤质量的主要驱动因子，而团聚体尺度上，表层大团聚体对全磷、深层微团聚体对有机碳的贡献尤为关键。偏最小二乘路径模型进一步揭示，有机肥通过促进中、大团聚体形成，增强碳氮磷协同积累，从而系统性提升黑土质量。


      该成果为东北黑土区科学施肥与可持续利用提供了理论支撑和实践路径。


      原文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-025-07928-z


      3 《Advanced Materials》丨高导热+低介电：微电子材料新选择

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    ST38PB薄膜示意图及其潜在应用


      随着高频通信与人工智能发展，微电子器件对电介质材料提出了兼具低介电常数（Dk）、低介电损耗（Df）和高导热率的综合性能需求。


      针对传统聚合物导热差、信号损耗高等问题，中国科学院上海有机化学研究所研究员房强和孙晶团队利用液晶有序效应，成功开发了一种高性能低介电液晶聚合物。研究团队设计合成了含三联苯、长烷基链及苯乙烯端基的液晶分子ST38，并将其交联于聚丁二烯（PB）中，形成ST38PB液晶聚合物。在高温处理下，ST38自组装为有序层状液晶畴，其排列通过苯乙烯交联反应被“锁定”，即使在260℃仍保持结构稳定。该材料展现出显著提升的导热性能：面内导热系数达0.62W·m⁻¹·K⁻¹，是原始PB（0.18 W·m⁻¹·K⁻¹）的3.4倍；同时在10GHz高频下，Dk仅为2.40，Df低至3.3×10⁻³，介电性能优异。此外，ST38PB薄膜还具备良好柔韧性、热稳定性和疏水性。这些特性使其在微电子封装、高频高速印制电路板（PCB）等领域具有广阔应用前景。


      该工作为设计兼具高导热与低介电特性的碳氢类液晶聚合物提供了新思路，并可拓展至其他高温加工场景的先进电介质材料开发。


      原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202517027


      4 《Physical Review Letters》丨量子探测器刷新暗光子耦合界限

    16.png

    （a）可扩展的暗物质搜寻架构的预期界限；（b）原理性验证实验给出的界限


      中国科学技术大学研究团队基于超导量子比特体系，提出一种可扩展的超轻暗物质搜寻新架构，并在多比特超导量子芯片上完成原理性实验验证。


      现代宇宙学观测表明，暗物质约占宇宙总质量的25%，其中轴子和暗光子等超轻玻色子（质量约1–100 μeV）因与普通物质相互作用极弱，成为重要候选者。然而，现有探测手段常受限于测量范围与灵敏度难以兼顾。针对这一挑战，该团队利用微纳加工技术，在单芯片上集成多个频率可调的超导量子比特，构建出可同步扫描多个能区的高灵敏探测平台。研究团队研制了三比特超导量子芯片，同时对15.632–15.638、15.838–15.845及16.463–16.468 μeV三个暗光子能区开展搜寻，并给出了当前最严格的暗光子-光子耦合强度上限，较此前基于天文观测的限制提升1至2个数量级。该方案通过并行探测显著拓展了有效搜索带宽，同时保持量子传感的高灵敏度，突破了传统方法的瓶颈。


      此项工作不仅验证了超导量子器件在基础物理前沿——特别是粒子物理与宇宙学交叉领域——的独特优势，也为未来实现更宽质量范围、更高精度的暗物质直接探测提供了可扩展的技术路径。


      原文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/9p1t-vc9j


      5 《Neural Networks》丨一个模型适应多种低剂量CT扫描条件

    17.png

    用于稀疏视角CT重建的MDPRNet模型整体架构


      中国科学院合肥物质科学研究院王宏志团队在稀疏视角CT重建领域取得重要进展，提出了一种多阶段双域渐进式重建网络（MDPRNet）与协同训练方法，有效解决了传统深度学习模型难以泛化至多种采样条件的难题。


      稀疏视角低剂量CT虽可降低辐射、缩短扫描时间，但易引入伪影，影响诊断准确性；而现有方法通常需为不同视角数量单独训练模型，效率低且泛化性差。针对此，团队创新性地设计了多视角协同训练策略，将数据划分为“超稀疏组”与“稀疏组”，使单一模型能稳健适应从极稀疏（如18视角）到较密集（如144视角）等多种扫描场景。同时，构建的MDPRNet采用多阶段双域架构：前期在正弦域与图像域联合提取多尺度上下文特征，最终阶段通过单尺度子网络实现高保真重建，并引入跨阶段特征适配器与注意力机制，优化特征传递与融合。在AAPM公开数据集及自建肺部异常CT数据上的实验表明，该方法在各类稀疏条件下均优于现有技术——144视角下峰值信噪比达40.66 dB（提升近3 dB），18视角下仍保持30.16 dB的高质量重建。


      该框架显著提升了重建精度与通用性，为临床低剂量CT的高效应用提供了可靠技术支撑。


      原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0893608025011025


      6 《Laser & Photonics Reviews》丨光频梳芯片突破数据中心能耗瓶颈

    18.png

    量子点锁模光频梳示意图及性能展示


      中国科学院半导体研究所陈思铭团队联合合作者成功研制出一款可在140°C极端高温下稳定工作的100GHz量子点光频梳激光器，为下一代高速、低功耗光互连提供了关键光源。


      面对AI算力激增带来的带宽与能耗挑战，业界正推动“共封装光学”（CPO）架构，但其核心光学引擎需兼具耐高温、高效率与高可靠性——传统光源难以满足。该团队从材料、工艺到结构系统创新：采用量子点作为增益介质，利用其类原子能级结构实现优异温度稳定性；通过n/p“共掺杂”工艺平衡低功耗与高耐热性；并设计“碰撞脉冲锁模”腔体结构，直接生成100GHz间隔的稳定光频梳。实验显示，该器件在25°C下可支持26个信道、总速率达2.816Tb/s；即使在85°C工业高温下仍稳定工作22个信道，能耗低至0.532pJ/bit，并通过1500小时老化测试推算平均无故障时间达207年。此外，得益于量子点对光反馈不敏感的特性，器件无需光隔离器，显著简化系统、降低成本。


      该成果验证了高集成、超宽带、长寿命光频梳芯片的可行性，为AI与数据中心的Tbps级光互连铺平了技术路径。


      原文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202501559

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    来源：北京国际科技创新中心

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