晶體形成機理研究取得突破,，

有望幫助能源和醫(yī)療技術產品的設計

2017年4月17日，美國能源部太平洋西北國家實驗室(PNNL)在研究晶體結晶機理方面取得突破,，該團隊發(fā)現通過修改初始成分,，可以改變晶體結晶的路徑。此次研究結果可能將會幫助科學家們實現對藥物開發(fā),、能源技術更好的控制,。

目前，化學家們還沒有能力能夠控制晶體結晶,，部分原因是由于他們不知道結晶過程中最早的一步是如何發(fā)生的,。其中的一個爭論是復雜分子是否可以通過一個分子與一個分子的結合，實現直接組裝,，科學家們將它稱為一步工藝,。

而另一觀點持有方認為，結晶過程需要兩步,。實驗表明,，初始分子會首先形成無序的團塊，然后再經由團塊內開始重新排列成晶體,。這就好像撲克牌需要先被混合,，然后才能被整理整齊。

De Yoreo和他的同事想確定晶體的結晶是否總是需要無序的那一步,。為了做到這一點,，該團隊的科學家們使用類肽進行了實驗，類肽并不復雜,，只是一串有兩個重復化學單元（比如“ABABAB”）的鏈，并且有十幾個亞單位長,。

在第二個系列的實驗中,，科學家們想要測試一個稍微復雜的分子是如何組裝的,，于是它們在初始類肽的尾部添加了一個分子，這些分子可以互相吸引,。該團隊預計它們的結合將導致新分子的聚集,，但他們不知道之后將發(fā)生什么。

研究人員將兩種類肽分子放進溶液中以使它們結晶,，隨后,，該團隊使用了各種各樣的分析技術來研究類肽形成晶體的形狀和速度，結果他們發(fā)現這兩種類肽形成晶體的路徑是不同的,。

▲將一步結晶（左）的類肽晶體改變一點就將其結晶路徑變得復雜得多（右）

正如科學家們預期的那樣,，簡單的類肽形成了幾納米大小的初始晶體，并且隨著更多類肽的聚集,，晶體的長度和高度都將隨著增加,。較為簡單的類肽遵循一步結晶過程的所有規(guī)則。

但是當為其添加了一個尾巴分子之后,，這種規(guī)則就被打亂了,，導致在晶體生成之前發(fā)生了一系列復雜的事件。總的來說,，該團隊發(fā)現,，這種更復雜的類肽首先聚集成小團簇，這是在簡單類肽結晶過程中沒有被觀察到的,。

De Yoreo說：“我們并沒有期望這樣一個微小的改變將使類肽的結晶行為發(fā)生這樣大的改變,。這個結果使我們以新的方式思考這個分子系統(tǒng)，我們認為這將帶來對仿生材料設計和組裝的更有預測性的控制,?！?/p>

通過使用納米天線

高效控制狹窄路徑或波導中傳播的光

2017年4月17日，美國哥倫比亞大學介紹了其工程師們發(fā)明的一種通過使用納米天線來高效率地控制在狹窄路徑或波導中傳播光的方法,。

為了演示這種技術,，他們構建了光子集成器件，其不僅具有創(chuàng)紀錄的小尺寸,，還能夠在前所未有的廣泛波長范圍內保持最佳性能,。這種方法可以帶來更快、更強大,、更高效的光學芯片,，從而為光通訊和光信號處理技術帶來變革。

相關研究成果發(fā)表在了近期的“Nature Nanotechnology（《自然納米技術》）”雜志上,。

▲光子集成器件藝術插圖

（圖片來自哥倫比亞大學）

光子集成電路的概念與電子集成電路類似,，只是其所基于的不是電信號的傳播，而是光波在波導中的傳播,，這就意味著更低的能耗,。而構建光子集成芯片的關鍵就是對光在波導中傳播的控制,，難以操縱的波傳導使現有的光子集成器件尺寸較大，占用空間,，從而限制了芯片的器件集成密度,。

此次，哥倫比亞大學的工程師們發(fā)現在波導管中控制光的最有效方法是用光學納米天線來“裝飾”波導：這些微型天線從波導芯內部拉出光,，調整光的性質,，再將光釋放回波導。密集堆疊的納米天線陣列會帶來強大的累積效應,，使得它們可以在不超過兩倍波長的傳播距離內實現諸如波導模式轉換等功能,。

可以實現波導模式轉換的傳統(tǒng)方法需要長度為數百倍波長的器件，新的方法能夠將設備的尺寸減小10到100倍,，其突破意義就好像20世紀50年代大型真空管被更小的半導體晶體管替代的情況,。

美國通用原子公司將生產

應用于便攜式水下航行器的電池系統(tǒng)

2017年4月17日，美國通用原子公司（General Atomics）官網公布消息稱,，其研發(fā)的鋰離子容錯電池（Lithium-Ion Fault Tolerant Batteries,，LiFT）將應用于無人水下監(jiān)控車輛。

▲ 通用原子公司Logo

通用原子電磁系統(tǒng)（GA-EMS）獲得了為半自動水道偵察車（SAHRV）提供鋰離子容錯電池的合同,。

半自動水道偵察車是一種小型便攜式水下航行器（UUV）,。GA-EMS與國防部（DOD）進行合作，對應用在SAHRV平臺上的鋰離子容錯電池進行設計,、制造,、交付以及海上測試。SAHRV UUV將執(zhí)行淺水區(qū)的監(jiān)視任務,，用于掃描,、檢測以及識別水雷及其它障礙物。

GA-EMS的LiFT電池系統(tǒng)的設計可應用于無人和載人水下車輛及平臺,。LiFT的單電池容錯可有效防止不受控制的級聯(lián)電池故障,，從而可確保船上人員的安全，并可保證系統(tǒng)繼續(xù)運行從而完成任務,。LiFT已經獲得挪威船級社（DNV）及德國勞氏船級社（GL）的認證,。