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這一強(qiáng)磁場(chǎng)下的不飽和磁性與非相對(duì)論型的拓?fù)淦接闺娮映尸F(xiàn)的飽和磁性截然相反，是相對(duì)論型的電子所獨(dú)具的指針性屬性。 由于各種拓?fù)潆娮硬牧系哪軒?duì)于包括自旋軌道耦合以及化學(xué)勢(shì)在內(nèi)的各種參數(shù)高度敏感，決定電子拓?fù)湫再|(zhì)的能量尺度可能小至毫電子伏特量級(jí)，因此通常的譜學(xué)測(cè)量如角分辨光電子譜等往往無(wú)法分辨能帶的細(xì)節(jié)。而普通的電輸運(yùn)測(cè)量只能表征費(fèi)米面的貝里曲率，無(wú)法區(qū)分相對(duì)論型的電子能帶是否存在能隙。這項(xiàng)對(duì)于拓?fù)潆娮硬牧系拇判匝芯浚Y(jié)合了理論計(jì)算與強(qiáng)磁場(chǎng)下的實(shí)驗(yàn)表征，提出了探測(cè)相對(duì)論型的電子的一種決定性指針。該工作已在《自然?通訊》上發(fā)表 Nature Communications 10, 1028 (2019).Magnetic responses of the non-relativistic and relativistic fermions a, b, c, d: The energy bands of non-relativistic (parabolic-band) fermions; g, i, h, j: The energy bands of -relativistic fermions; e, f: Calculated parallel magnetization (M||) and effective transverse magnetization (MT) of non-relativistic fermions are saturated in strong magnetic field. k, l: Non-saturated M of relativistic fermions.

環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度、水分、鹽堿度、作物生理指標(biāo)……這些參數(shù)關(guān)系農(nóng)作物生長(zhǎng)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)通過(guò)農(nóng)業(yè)信息智能感知技術(shù)便可輕松“一網(wǎng)打盡”。 然而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些指標(biāo)需要電力驅(qū)動(dòng)，電力無(wú)疑是智慧農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展的“源頭活水”。田間地頭常常難以鋪設(shè)管線，而電池有限續(xù)航能力和污染風(fēng)險(xiǎn)又比較突出。因此發(fā)展農(nóng)業(yè)信息“無(wú)源感知”是未來(lái)智慧農(nóng)業(yè)一大趨勢(shì)。 為更好地解決這一難題，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院IBE團(tuán)隊(duì)平建峰研究員課題組，提出了一種簡(jiǎn)便有效的方法，從農(nóng)業(yè)環(huán)境中挖掘自然能源并將其高效轉(zhuǎn)化為電能。首次將摩擦納米發(fā)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)用紡織品中，并用于降雨時(shí)雨水能的收集，通過(guò)能量轉(zhuǎn)化獲取電能。 這項(xiàng)研究，近日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《納米能源》（ Nano Energy ）上，論文第一作者為浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士研究生姜成美 ，通訊作者為平建峰研究員。 功能化紗線的制備流程及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景把摩擦納米發(fā)電機(jī)裝進(jìn)農(nóng)用紡織品的紗線里 南方地區(qū)經(jīng)常暴雨成災(zāi)，造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大損失。農(nóng)用紡織品在大棚設(shè)施中最為常見(jiàn)，它能夠遮陰擋雨，保護(hù)農(nóng)作物。 如何從農(nóng)業(yè)環(huán)境中挖掘能源？ 浙大科研人員將這兩者巧妙結(jié)合，通過(guò)紗線表面功能化，將摩擦納米發(fā)電機(jī)依附在紗線上，織成智能化農(nóng)用紡織品，利用雨水沖刷時(shí)的電子轉(zhuǎn)移與流動(dòng)產(chǎn)生電流，源源不斷地為智慧農(nóng)業(yè)供能。裝載摩擦納米發(fā)電機(jī)的紗線可以說(shuō)是智慧農(nóng)業(yè)的“無(wú)源活水”。 這個(gè)研究靈感來(lái)自一場(chǎng)突如其來(lái)的大雨：仲夏時(shí)節(jié)，一場(chǎng)突如其來(lái)的傾盆大雨透過(guò)來(lái)不及關(guān)閉的窗戶摧殘了窗臺(tái)邊的綠植。這引起了研究人員的思考：“農(nóng)作物所處的環(huán)境只會(huì)更惡劣，那么我們就想辦法利用它的惡劣。”大棚不僅可以作為作物、動(dòng)物的“保護(hù)傘”，還可以作為雨滴能的收集器。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在9.5牛頓的連續(xù)力作用下，3厘米長(zhǎng)的紗線就能產(chǎn)生7.7伏的電壓。 平建峰介紹，未來(lái)通過(guò)連接儲(chǔ)能設(shè)備，這些被改造的農(nóng)用紡織品，不僅可以為種植業(yè)和畜牧業(yè)提供保護(hù)以提高農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，還可以為物聯(lián)網(wǎng)感知器件源源不斷地輸送電能，從而開(kāi)展農(nóng)業(yè)信息的無(wú)源監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)提供天氣狀況。 功能化紗線在農(nóng)用紡織品上的應(yīng)用綠色能源在智慧農(nóng)業(yè)中具有廣闊應(yīng)用 為什么雨滴的能量可以轉(zhuǎn)化成電能呢？ 這是因?yàn)閷?duì)農(nóng)用紡織品的紗線進(jìn)行了特殊改造。科研人員在其表面覆蓋了兩層特殊材料——導(dǎo)電的碳化鈦納米材料和不導(dǎo)電的聚二甲基硅氧烷（一種高分子聚合物）。 功能化紗線收集雨滴能的原理 該聚合物能夠防水并與環(huán)境中的雨水發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。而碳化鈦感應(yīng)電極，不僅具有高導(dǎo)電性能，還因其高電負(fù)性可以助力表面聚合物搶奪電子。因此在實(shí)現(xiàn)農(nóng)用紡織品原有的農(nóng)用保護(hù)材料、保溫、遮陽(yáng)、水土保持、排水灌溉、種子培育基材的功能基礎(chǔ)上，還能從農(nóng)業(yè)環(huán)境中源源不斷地獲取能源，為智慧農(nóng)業(yè)提供驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息“無(wú)源實(shí)時(shí)感知”。 平建峰說(shuō)，這兩種材料具有良好的生物相容性，而且整個(gè)制備過(guò)程易于規(guī)模化和工業(yè)化。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:我校物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院葛炳輝教授團(tuán)隊(duì)在Nanoscale雜志封面在線發(fā)表了題為：“Direct visualization of spatially correlated displacive short-range ordering in Nb0.8CoSb” 的研究論文。結(jié)構(gòu)決定性能。原子的短程有序（SRO）能夠?yàn)椴牧咸峁┴S富的物理、化學(xué)特性以及相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用。對(duì)SRO進(jìn)行精確測(cè)定，判斷SRO屬于位移型還是組分型，以及定量確定SRO的空間原子構(gòu)型和組成，主要取決于實(shí)空間中的成像技術(shù)和倒易空間中的測(cè)量方法。目前，主流的方法是根據(jù)衍射數(shù)據(jù)并借助團(tuán)簇模型搭建組分的短程有序，但由于SRO原子構(gòu)型的多解性，材料科學(xué)工程中的合成-結(jié)構(gòu)-性能的經(jīng)典相關(guān)性仍然存在著不確定性。 基于球差矯正電鏡原子分辨率的高角環(huán)形暗場(chǎng)(HAADF)像和CalAtom等圖像處理軟件，課題組搭建了兩種極端情況的二維模型來(lái)分別研究原子位移和空位分布對(duì)短程有序的影響，即純組分變化模型和純位移變化模型，（注：實(shí)際過(guò)程可能是二者共同作用的結(jié)果）通過(guò)比對(duì)模型的FFT圖和實(shí)驗(yàn)的電子衍射花樣，確定兩種模型對(duì)短程有序的貢獻(xiàn)。研究表明：Nb0.8CoSb中空位主要以長(zhǎng)程有序形式存在，而位移則以短程有序形式存在，故首次在原子尺度觀察到一種以原子位移為主導(dǎo)的短程有序結(jié)構(gòu)。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林芳教授，美國(guó)Clemson大學(xué)賀健教授為共同通訊作者，浙江大學(xué)朱鐵軍教授研究組參與并提供試樣給本研究。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池分為正式（n-i-p）和反式（p-i-n）兩種器件結(jié)構(gòu)。相比于正式器件，反式結(jié)構(gòu)器件因制備工藝更加簡(jiǎn)單、可低溫成膜、無(wú)明顯回滯效應(yīng)、適合與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池（硅基電池、銅銦鎵硒等）結(jié)合制備疊層器件等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。但是，反式結(jié)構(gòu)器件也存在一些顯著不足，例如，開(kāi)路電壓與理論值差距較大、光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)偏低，這主要是由于器件中存在大量的缺陷所導(dǎo)致。這些缺陷主要存在于鈣鈦礦活性層中、鈣鈦礦活性層與電荷收集層界面處，造成了光生載流子的非輻射復(fù)合，進(jìn)而致使能量損失嚴(yán)重，最終限制了開(kāi)路電壓的提升和光電轉(zhuǎn)換效率的改善，制約了該類結(jié)構(gòu)器件的發(fā)展。針對(duì)反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在光電轉(zhuǎn)換效率上存在的瓶頸，朱瑞研究員、龔旗煌院士與合作者展開(kāi)研究，首次提出了“胍鹽輔助二次生長(zhǎng)”方法，開(kāi)創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜半導(dǎo)體特性的調(diào)控，顯著降低了器件中非輻射復(fù)合的能量損失，在提升器件開(kāi)路電壓方面取得了突破，首次在反式結(jié)構(gòu)器件中獲得了超過(guò)1.21 V的高開(kāi)路電壓（材料帶隙寬度~1.6 eV）。同時(shí)，在不損失光電流和填充因子等性能參數(shù)的情況下，顯著提高了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率——實(shí)驗(yàn)室最高效率達(dá)到21.51％。經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院認(rèn)證，器件的光電轉(zhuǎn)換效率也高達(dá)20.90%，這是目前反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件效率的最高記錄。該結(jié)果為提升反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件效率、推進(jìn)該類新型光伏器件的應(yīng)用化發(fā)展提供了新思路。這種制備技術(shù)也有望進(jìn)一步拓展到鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池以及鈣鈦礦發(fā)光器件中，具有潛在的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。