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1 突破 | 67开尔文!激光制冷石英玻璃幅度创新纪录 2024-03-29

日前,德国弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所和美国新墨西哥大学的一个研究团队首次通过激光制冷方式,成功地将石英玻璃从室温冷却了67开尔文。最新一期《光学快报》杂志上报道了这项研究成果。 人们通常将激光与材料加热联系在一起,如切割、钻孔、焊接,在金属或石制物体上进行精确加工。但在特定情况下,也可以通过激光辐射来冷却材料,如气体的多普勒冷却。然而,激光辐射也能使固体冷却。 通过所谓的反斯托克斯荧光冷却,这种冷热相悖的效应成为可能。在该过程中,通过激光辐射激发一种特殊的高纯度材料,由于激光和材料发出的辐射(即荧光)之间存在能量差异,激光会以热的形式从材料中吸取能量,于是材料被冷却。 研究人员再次克服了先前石英玻璃的冷却阈值 多年来,激光冷却石英玻璃被认为是不可能的。但在2019年,该研究团队首次证明了掺镱(Yb)石英玻璃可以通过激光冷却。当时,只能从室温冷却0.7开尔文。为了超越先前的冷却限值,他们优化了掺杂材料的制备工艺。 结果,研究团队实现了一种新的破纪录的冷却:通过功率为97瓦、波长为1032纳米的激光辐射掺镱石英棒,使温度从室温降低了67开尔文。 纤维状材料开辟新的应用潜力 这一新进展有助于未来开发出极稳定的激光器和低噪声放大器,用于精密测量或量子实验。此外,优化工艺还可以推进无振动冷却,借助低温显微镜和伽马能谱,在材料分析和医疗诊断中发挥作用。 这种材料在纤维中也有潜在用途。未来,新工艺可用于开发高性能光纤激光器,克服热不稳定性的缺点。 研究人员指出,新工艺代表着激光制冷方面的重大进步,但他们创造的冷却纪录并不代表固体激光制冷可能达到的最大值。 查看详细>>

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2 前沿 | 研究人员开发出新型AI辅助发音系统,让人没有声带也能说话 2024-03-29

近日,加州大学洛杉矶分校生物工程系助理教授陈俊及其团队,开发了一种可以在机器学习辅助下将喉部肌肉运动转化为语音的“柔性贴片”助听装置,这将有望帮助部分嗓音障碍患者实现有效沟通。 柔性贴片佩戴舒适还能实现自供电 据介绍,该装置基于磁弹性效应,使有声带障碍的患者能够通过肌肉运动来产生语音信号,从而辅助其言语功能。具体来说,这种助听装置首先收集患者喉部肌肉运动的数据,然后借助机器学习算法对这些信号进行分析和分类,最后识别语义信息并选择相应的语音信号进行输出。 在人们的日常生活中,说话是最重要的沟通桥梁。然而,这对于有声带功能障碍的人来说,确实相当困难的一件事。事实上,目前也有一些解决办法,比如,手持电子喉设备或手术,虽然能一定程度解决一些问题,然而这也或多或少地会影响日常生活,而且使用并不舒适。 对于这些人群来说,一种能辅助患者交流的可穿戴、非植入式的医疗装置,将能很大程度改善声带功能障碍患者的生活质量。在此次研究中,陈俊团队设计的柔性磁致弹性贴片,不仅能够很舒展地贴在患者喉部,还可以随参与说话运动的喉部肌肉改变形状,且不需要功能正常的声带。 同时,贴片的移动能检测到特定的肌肉运动,还能发电,让该助听装置实现自供电。这些运动随后会被转换成电信号,并由机器学习算法进行处理。该机器算法能够能识别词汇并翻译成语言信号。 AI辅助发音在医学领域正在逐步发展 AI辅助发音是一项非常有意义的研究。它主要依赖于先进的机器学习算法和人工智能技术,以改善或增强人类的发音能力。这种技术其实可以应用于很多领域,除了帮助有语言障碍的人进行交流,还可以用于提高语言学习者的发音准确性,以及增强虚拟角色或机器人的语音交互能力。 具体来说,AI辅助发音系统通常通过收集和分析语音数据,来识别和理解发音模式。这些系统能够学习并模拟人类发音的特点,然后利用这些信息来生成更自然、更准确的语音输出。 在实际应用中,AI辅助发音技术可以通过多种方式实现。例如,一些系统使用语音合成技术来生成类似于人类发音的语音,而其他系统则可能利用实时语音识别和反馈机制来纠正发音错误。此外,一些AI辅助发音工具还提供了个性化设置和定制选项,以满足不同用户的需求。 随着技术的不断进步,AI辅助发音系统的性能和准确性也在不断提高。这些系统不仅可以帮助人们更好地表达自己,还可以为语言教育和康复治疗等领域提供有力支持。 在医学领域,AI辅助发音的应用正在逐步发展和完善。如,在语音康复领域,对于因疾病或损伤导致发音困难的患者,如中风、脑损伤或咽喉疾病的患者,这项技术能够提供个性化的语音康复方案。通过分析和纠正患者的发音模式,AI辅助发音系统可以帮助他们恢复或改善发音能力,提高交流质量。 还有在远程医疗咨询方面,医生可以利用AI辅助发音技术进行远程语音诊断。通过分析患者的语音特征,医生可以辅助诊断某些与发音或语言相关的疾病,如失语症或构音障碍。这种应用方式不仅提高了诊断的准确性和效率,还使得患者能够更方便地获得医疗服务。 另外,AI辅助发音技术还可以应用于医疗教育和培训中。医生、护士和其他医疗专业人员可以通过使用这项技术来提高自己的发音准确性和语音交流能力,从而更好地与患者进行沟通。 当然,虽然AI辅助发音技术具有许多潜在的优势和应用前景,但目前仍然存在一些挑战和限制。例如,对于某些复杂的语音现象或方言口音,AI系统可能仍难以准确识别和模拟。此外,数据隐私和安全性问题也是需要考虑的重要因素。AI辅助发音还有待持续研究。 查看详细>>

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3 探索 | 宁波材料所柔性钙钛矿太阳能电池研究取得进展 2024-03-27

柔性钙钛矿太阳能电池(f-PSCs)因钙钛矿材料重量轻、柔韧性好和可低温溶液加工性而得到发展,并将能量转换效率(PCE)提高了24%。然而,f-PSCs在形成具有机械稳定性的均匀且高度结晶的薄膜方面面临挑战。具体来说,实际应用过程中的外力作用,如机械弯曲导致钙钛矿晶界处产生不可逆的裂纹和裂缝,易破坏钙钛矿薄膜和器件的稳定性。此外,钙钛矿前驱体溶液与柔性衬底之间的热膨胀系数的差异,以及低温溶液处理过程导致多晶薄膜中缺陷和残余应力的产生,是刚性器件和柔性器件之间存在效率差距的主要原因。 中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员葛子义和刘畅等在薄膜形貌调控、新型二维钙钛矿材料设计和载流子传输层修饰等钙钛矿太阳能电池研究成果的基础上开展了工作。 近日,针对在机械弯曲下形成的不可逆裂纹限制f-PSCs可持续性的问题,该团队在钙钛矿中引入可交联的两性离子弹性体(SBMA)进行研究。两性离子之间的动态非共价静电相互作用触发了“两性离子融合”机制,使柔性钙钛矿薄膜可以在温和的处理条件下实现生成裂纹的自修复。此外,SBMA可以在钙钛矿晶界上原位交联通过形成中间体SBMA-PbI2加合物来调节钙钛矿的成核和结晶。研究发现,SBMA的掺入实现了更快的成核和更慢的晶体生长,诱导了钙钛矿核的异质和均匀形成。晶界上形成的交联弹性体可以作为支架来松弛残余的拉伸应变和机械应力,从而提高f-PSCs的稳定性。此外,SBMA上的极性亚砜端基对钙钛矿空位提供了化学钝化作用,并创造了大的介电环境,筛选了载流子捕获过程,抑制了非辐射重组。研究基于这一柔性器件实现了24.51%的能量转换效率(经认证为24.04%),表现出优异的机械可持续性和耐久性。在10000次弯曲循环后,PCE仍保持在初始PCE的90%以上。 (a)钙钛矿薄膜的自愈合过程示意图;(b)SBMA的分子结构以及交联前后对比;(c)柔性钙钛矿太阳能电池的J-V曲线及器件结构 查看详细>>

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4 2024-03-27

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