Nanomaterials期刊2024院士文章合集

本期編輯薦讀精選了2024年發表在Nanomaterials 期刊的中國兩院院士文章，包含中國科學院外籍院士王中林老師，中國工程院院士吳豐昌老師，中國科學院院士魏悅廣老師，中國科學院院士王立軍老師，中國工程院院士羅先剛老師的最近研究成果。內容涵蓋機器學習與納米發電機協同應用；沖擊載荷對納米晶體bcc鐵原子尺度斷裂行為的影響；工程納米材料的納米毒理學計算模型；宇稱-時間對稱的半導體激光器最新研究進展；低偏振、寬光譜半導體光放大器；矢量迭代傅立葉變換算法的結構光三維成像等熱門話題，希望能為相關研究領域的學者提供新的思路和參考，歡迎閱讀。

1.Synergizing Machine Learning Algorithm with Triboelectric Nanogenerators for Advanced Self-Powered Sensing Systems

機器學習算法與摩擦納米發電機協同用于先進自供能傳感系統

Roujuan Li, Di Wei and Zhonglin Wang

https://www.mdpi.com/2079-4991/14/2/165

基于物聯網大數據的機器學習算法增加了規模化智能感知系統的需求。當前，傳感系統需要周期性更換電源，這不但會造成嚴重的資源浪費還會帶來環境污染。同時，與更換相關的人力配置成本也加重了經濟負擔。為了解決這些問題，摩擦納米發電機 (TENG) 通過豐富的材料選擇既提供了高效的分布式低熵能量收集方案，也成為收集復雜多樣數據的自供能傳感絕佳方式。隨著TENG收集的數據越來越多且復雜，研究者們提出了不同的機器學習 (ML) 和深度學習 (DL) 算法來高效地處理輸出信號。該文章以樣本規模和數據復雜性為主要線索，綜述了ML算法輔助固體–固體TENG (S-S TENG) 和固體–液體TENG (L-S TENG) 傳感器的最新進展。通過比較各種算法的優勢與局限，總結了更適宜與其協同的TENG傳感系統的多種應用場景。最后，文章還針對在復雜環境下協同硬件 (TENG傳感器) 和軟件 (ML算法) 的前景及其未來發展面臨的主要挑戰做出了討論。

2.The Effect of Impact Load on the Atomistic Scale Fracture Behavior of Nanocrystalline bcc Iron

沖擊載荷對納米晶體心立方鐵原子尺度斷裂行為的影響

Zhifu Zhao et al.

https://www.mdpi.com/2079-4991/14/4/370

納米晶金屬在納米設備中具有廣泛應用，特別是在航空航天領域的納米電子器件中。它們在環境應力下抵抗沖擊斷裂的能力是納米設備設計的主要關注點。本文通過在不同的快速加載速率下進行分子動力學模擬，考察了在原子尺度上沖擊載荷對納米晶bcc鐵斷裂行為的影響。結果表明，在納米晶鐵中，裂紋以晶間解理的方式擴展。隨著沖擊載荷的增加，晶界解理作用減弱，晶界活動產生的塑性行為增加。此外，主導塑性變形的機制從裂紋尖端的原子滑移轉變為明顯的晶界活動。沖擊載荷增加所產生的晶界活性導致裂紋開裂的閾值能量增加，并提高了納米晶bcc鐵抵抗斷裂的抗力。納米晶bcc鐵在大的沖擊載荷下可以保持較高的斷裂韌性。

3.Computational Nanotoxicology Models for Environmental Risk Assessment of Engineered Nanomaterials

用于工程納米材料環境風險評估的納米毒理學計算模型

Weihao Tang et al.

https://www.mdpi.com/2079-4991/14/2/155

盡管人工納米材料 (ENMs) 在許多領域具有巨大潛力，但其對人類健康和環境風險的不確定性可能會阻礙這種新型材料的發展。傳統上，ENMs的風險可以通過環境現場監測和基于動物的毒性測試等實驗方法來進行評估。然而，使用實驗方法評估數量基數大，日益增多的ENMs風險是耗時、昂貴且不切實際的。相反，隨著人工智能和機器學習的發展，計算方法最近在ENMs的風險評估中受到了更多關注。本綜述討論了計算納米毒理學模型在評估ENMs風險方面的關鍵進展，包括物質流分析模型、多介質環境模型、基于生理的毒代動力學模型、定量納米結構-活性關系和元分析。文章還指出了一些挑戰，并就如何應對這些挑戰提供了展望。

4.Advances in Semiconductor Lasers Based on Parity–Time Symmetry

基于宇稱-時間對稱性的半導體激光器研究進展

Hongbo Sha et al.

https://www.mdpi.com/2079-4991/14/7/571

半導體激光器具有效率高、體積小、重量輕、波長豐富、直接電驅動等優點，是國民經濟和國防建設的核心光源，所涉及的智能制造、信息網絡、醫療健康等基礎性、戰略性產業對國民經濟和國防建設貢獻重大。激光器的模式特性直接影響輸出性能，如輸出功率、光束質量、光譜線寬等，因此高功率、高光束質量的半導體激光器一直是國際半導體激光科學的研究前沿。宇稱—時間 (PT) 對稱作為一種新型的模式調控方法，在縱向調制上能夠對縱模進行選擇，改善激光器光譜特性，在橫向調制上可以實現基橫模輸出，改善激光器的光束質量，故成為近年來的研究熱點。本文從PT對稱的基本原理出發，詳細介紹了基于PT對稱的單模半導體激光器的技術方案和發展現狀，按照不同的調制方法進行分類，分析其結構及性能特點，最后對PT對稱激光器的研究進展進行了總結并對未來發展趨勢進行了展望。

5.Low-Polarization, Broad-Spectrum Semiconductor Optical Amplifiers

低偏振、寬光譜半導體光放大器

Meng Zhang et al.

https://www.mdpi.com/2079-4991/14/11/969

在全光網絡中，偏振不敏感半導體光放大器 (SOAs) 可以提高信號光質量和傳輸速率。本文設計、仿真并制備了一個用于1550 nm波段的多量子阱SOA，以減小增益對偏振的敏感度。有源區由四元化合物InGaAlAs組成，由于勢壘和勢阱的組分差異導致晶格失配，因此，產生了應變量子阱，為SOA提供了對光偏振態不敏感的增益。本文研制了脊寬分別為4 μm、5 μm和6 μm的SOA。4 μm脊寬的SOA可實現>140 nm的3 dB增益帶寬，而6 μm脊寬可提供更高的輸出功率和增益。在輸入功率為0 dBm時，飽和輸出功率為150毫瓦 (增益21.76 dB)，輸入功率為10 dBm時輸出功率增加到233毫瓦 (增益13.67 dB)。在-20 dBm時，偏振敏感度＜3 dB。該設計實現了低偏振靈敏度、寬增益帶寬和高增益的SOA，將在進一步優化后適用于廣泛領域。

6.Structured-Light 3D Imaging Based on Vector Iterative Fourier Transform Algorithm

基于矢量迭代傅立葉變換算法的結構光三維成像

Runzhe Zhang et al.

https://www.mdpi.com/2079-4991/14/11/929

結構光三維 (3D) 成像以其計算成本低、成像精度高、成像速度快、性價比高等優點，成為三維成像領域的研究熱點。結構光3D成像需要均勻的衍射光學元件 (DOE)，可以通過準連續的相位超表面來實現。準連續相位超表面可以在亞波長尺度上高效地實現振幅、相位、偏振和頻率等光學參數調控，克服了高階衍射對成像的副作用。本文通過矢量迭代傅立葉變換算法設計了一種準連續相位超表面分束器，并利用該設備實現了目標物體的結構光3D成像和目標重建。通過將垂直腔表面發射激光器、準連續相超表面和雙目識別系統相結合，實現了結構光3D成像系統，最終為3D成像領域提供了一條新的技術途徑。

Nanomaterials 期刊介紹

Nanomaterials (ISSN 2079-4991) 是一個國際開放獲取期刊。創建于2010年，目前已被Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed、PMC、CAPlus/SciFinder、Inspec等數據庫收錄。期刊主題涵蓋納米生物學與醫學、納米光子學材料與器件、納米能源、納米催化、納米電子學、納米傳感器、納米結構的理論與計算模擬、環境納米科學、二維和碳納米材料、無機納米材料、金屬有機框架、太陽能與太陽能電池、納米級物理化學應用及納米制造等。范圍包含但不限于：納米材料、納米技術、納米材料在各個領域的應用。

2023 Impact Factor：4.4

2023 CiteScore：8.5

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