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1. 镓基液态金属的结构与物性

张春小, 崔丹丹, 杜轶, 徐迅, 钟建新, 任龙

自然杂志 2023, 45 (5): 340-354. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.003

摘要（446）

PDF（pc）（5439KB）（695）

镓基液态金属由于其良好的流动性以及高导电导热性，在室温范围内展现出许多与固态金属材料不同的性质，也突破了固态金属无法实现的一些瓶颈，在柔性器件、软体机器人等方面展现巨大的应用前景。镓基液态金属的特殊物性与其原子结构、键价关系、电子性质等密切关联。深入理解镓基液态金属的基本结构与物性，对研究和应用液态金属材料有着重要意义。文章从液态金属的微观原子结构着手，综述了研究液态金属基本物性的常用理论和分析方法，并以此剖析了镓基液态金属最引人关注的一些性质，最后对液态金属物性研究及扩展其应用领域的可能方向进行了探讨。

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2. 超精密平面光学元件检测技术

周永昊, 常林, 何婷婷, 于瀛洁

自然杂志 2023, 45 (3): 157-176. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.002

摘要（400）

PDF（pc）（7249KB）（671）

超精密光学元件是决定高端装备性能的核心元件，在大科学装置、精密仪器等领域中被广泛应用。对光学元件进行高精度检测是保证元件质量的重要途径。光学检测技术因具有非破坏性、高精度而成为光学元件检测的有效技术。首先，对超精密光学元件主要检测技术进行了综述，重点介绍技术原理、研究现状和应用瓶颈；其次，针对光学检测技术中的相位解调问题，以波长移相测量技术为例，结合超精密平面光学元件检测，概述了相位解调算法的原理与实现过程，并对其性能进行综合评估；最后，展望光学元件检测技术的未来发展趋势。

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3. 推荐《半导体物理学》

姬扬

自然杂志 2023, 45 (5): 397-398. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.010

摘要（425）

PDF（pc）（1458KB）（663）

20世纪初发展的量子力学和相对论改变了我们对世界的认识，而20世纪中期开始迅猛发展的半导体科技是我们改造世界的利器。半导体电路在每个家庭里都司空见惯，半导体改变了我们工作、交流、娱乐和思考的方式。半导体物理学是半导体科技的基础，是量子理论在固体材料中的应用，而半导体科技的未来发展也离不开量子理论和半导体物理学的进步。可是大家对半导体的了解还不太多，现在的一些教材也不太能够跟上时代的步伐。《半导体物理学》这本书有助于填补这个空白。

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4. 无人艇集群控制技术研究综述

鲍凌志, 杜家辉, 胡辛明, 袁晓宇, 翁磊, 钟雨轩

自然杂志 2023, 45 (3): 207-216. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.005

摘要（463）

PDF（pc）（5522KB）（653）

在日益复杂的海洋环境下，为了适应多样的作战任务，无人艇通常以艇群方式协同作业，其中无人艇集群技术近年来发展迅速。文章主要介绍了各国无人艇集群系统发展现状，着重梳理了无人艇集群任务分配、集群编队以及集群避障这三项关键技术的最新发展。最后，对无人艇集群协同控制的研究方向和未来趋势进行总结和展望。

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5. 昆虫嗅觉系统编码规律

程李莉, 康乐, 郭晓娇

自然杂志 2023, 45 (4): 239-246. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.001

摘要（641）

PDF（pc）（1722KB）（608）

嗅觉在昆虫的整个生活史中发挥着重要作用，从定位取食寄主植物维持个体生存，到同种个体联系以及求偶交配维持种群发展。昆虫在长期的适应过程中发展出一套完备的嗅觉感受-处理系统。虽然不同种类昆虫的嗅觉系统在结构和功能上表现出各自的特色，但依然遵循着通用的编码规律。文章总结了昆虫外周感受系统与中枢神经系统感受-处理嗅觉信息的关键节点及彼此的对应关系，归纳昆虫嗅觉系统编码的一般规律并与一些昆虫特殊的嗅觉特征进行比较分析，为人们认识昆虫嗅觉作用机制与进化提供了新的角度。

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6. 纳米多孔金属制备及其在传感检测领域的应用

刘瑾, 宁金妍, 吴琳, 张玲, 潘登

自然杂志 2023, 45 (4): 271-290. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.004

摘要（246）

PDF（pc）（4005KB）（526）

纳米多孔金属是一类具有三维孔隙/韧带双连通结构的材料，具备高比表面积、化学稳定、特征结构稳定可调控、可选材料体系众多等特点，已成为电化学催化、储能领域的研究热点。近年来，基于其微纳尺度特征尺寸及金属特有的表面等离激元效应，纳米多孔金属已展现出在传感及检测应用领域的巨大潜力。文章讨论了纳米多孔金属的各类制备方法的优缺点，并简要介绍了金属表面等离激元材料及其在检测、致动、传感领域的典型应用。

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7. 气候变化与碳中和

周天军, 陈晓龙, 张文霞, 张丽霞

自然杂志 2024, 46 (1): 1-11. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.001

摘要（576）

PDF（pc）（3339KB）（523）

工业化以来化石燃料的广泛使用使大气中的二氧化碳浓度急剧升高，造成全球气候变暖、极端天气气候事件频发。为有效应对和减缓气候变化，国际社会通过《巴黎协定》设定了2 ℃和1.5 ℃温控目标，由此提出了碳中和的概念。文章介绍了全球变暖的基本事实、人类碳排放对工业化以来全球变暖的作用，归纳了关于未来气候变化的主要结果，阐释了1.5/2 ℃温升阈值与碳中和的关系，概述了国际社会为有效应对全球变暖而在减少碳排放方面的努力。

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8. 纤维丛：万物之理

朱宏伟

自然杂志 2023, 45 (3): 234-238. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.007

摘要（487）

PDF（pc）（2436KB）（519）

纤维丛是一门研究复杂系统的数学理论，用于描述许多深刻的数学和物理现象，已广泛应用在微分几何、拓扑学、物理学和信息学等领域。文章简述了纤维丛的起源、基本概念和理论基础，结合实例介绍了其在多个领域的应用。

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9. 蛋白质翻译后修饰在细菌致病中的作用

周涛, 姚玉峰, 王丹霓

自然杂志 2024, 46 (2): 139-149. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.009

摘要（374）

PDF（pc）（2607KB）（485）

蛋白质翻译后修饰(post-translational modification，PTM)可以改变蛋白质稳定性与活性，是调控蛋白质生物学功能的重要环节之一，在真核生物与原核生物中广泛存在。PTM在细菌的许多生命活动中发挥着重要调控作用，如物质代谢、信号转导和细菌致病过程等。文章综述了细菌中主要的PTM种类及功能，细菌毒力和适应力的PTM调控机制，细菌效应蛋白如何通过PTM调控宿主蛋白以及PTM检测技术的新进展。PTM的研究对了解细菌的致病机制及其与宿主的相互作用、致病机制有重要意义，也可以开发特异性治疗药物的新靶点。

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10. 用于脂质体制备的微混合器的流动机理

王康, 刘心悦, 胡国辉

自然杂志 2023, 45 (3): 177-187. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.003

摘要（208）

PDF（pc）（2877KB）（434）

脂质体的制备是当今纳米材料和生物医学工程研究的一个重要领域，尤其在制备粒度可控、尺寸均匀、组分可调的脂质体方面还面临着较大的挑战。微混合器作为微流控技术中的重要组成部分之一，它可以通过微米级通道控制流体的混合，从而实现高效、精准、可控的脂质体制备。文章概述了脂质体的制备方法及微流控技术的优势，并介绍了不同类型的微混合器在脂质体制备中的应用及优缺点，重点对微混合器的流动机理进行了综述，旨在为微混合器在脂质体制备中的应用研究提供一定的参考。

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11. 从光电效应、波粒二象性到阿秒脉冲——2023年诺贝尔物理学奖

叶蓬, 魏志义

自然杂志 2023, 45 (6): 410-416. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.06.002

摘要（405）

PDF（pc）（3845KB）（420）

2023年诺贝尔物理学奖被授予皮埃尔•阿戈斯蒂尼、费伦茨•克劳斯和安妮•吕利耶，以表彰他们在阿秒脉冲的实验实现上作出的先驱性贡献。从电磁波的概念孕育之初到光电效应的揭示，再到激光与高次谐波的发现，人类渐渐揭示了光与物质交织舞蹈的深层复杂性。阿秒脉冲技术如同一把精致的钥匙，解锁了之前无法触及的物理世界的极短时间尺度的奥秘。如今，阿秒脉冲技术已广泛应用于能源、信息科技、医学等领域的研究，为我们提供了一种强大的探测手段。随着技术的不断发展和完善，我们有理由相信，在不远的将来它将在基础科学的探索和工业的革新中，产生更多意想不到的突破和飞跃。

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12. 低维量子材料的研究进展

李柯仁, 奚忆莲, 冯海凤, 杜轶

自然杂志 2023, 45 (5): 329-339. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.002

摘要（307）

PDF（pc）（5883KB）（405）

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。

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13. 软体机器人流体驱动技术研究进展

林杨乔, 张泉, 金滔, 庞萌, 杨小李, 齐雨璇, 夏彬榕, 钱昶旭, 王亢, 李龙, 田应仲

自然杂志 2023, 45 (3): 217-233. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.006

摘要（546）

PDF（pc）（3408KB）（401）

近年来，软体机器人成为机器人研究领域的一个重要研究方向。其主体结构由超弹性材料或柔性材料制成，在顺应性、安全性、灵活性以及成本效益等方面具备独特优势。随着软体机器人的发展，其驱动方式的选择变得尤为重要，而流体驱动技术作为软体机器人的重要驱动方式之一，能够充分适配软体机器人高自由度下的复杂运动。文章回顾了传统流体驱动技术(如气压驱动和液压驱动)的应用，讨论最新的智能流体驱动技术(如液压放大自愈静电驱动技术和电共轭流体驱动技术)，以及全软体流体基础元件的研究进展。最后，提出未来流体驱动技术研究的重点关注方向。

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14. 规范场纲领

朱宏伟

自然杂志 2023, 45 (4): 303-307. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.006

摘要（128）

PDF（pc）（1873KB）（397）

规范场论是粒子物理标准模型的理论基础。文章简述了规范场的基本概念和起源，并运用初等数学和微积分知识，从函数变换的角度初步解释了规范场的思想。最后评述了规范场论对自然科学和社会科学的影响。

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15. 二维半导体光催化材料研究进展

徐若航, 崔丹丹, 郝维昌

自然杂志 2023, 45 (5): 355-362. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.00410.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.004

摘要（511）

PDF（pc）（3218KB）（366）

光催化技术可以直接利用低能量密度的太阳光驱动化学反应，实现用太阳能-高密度化学能直接转化来生产清洁能源和工业原料，也可以驱动污染物和有毒物质降解来治理环境污染，具有巨大的应用潜力。尽管光催化材料的研究开发已有越来越多的报道，但在催化活性、选择性、稳定性等方面还远不能满足大规模应用的要求。近年来，在众多被报道的光催化剂中，二维半导体材料表现出优异的催化性能和应用潜力，文章系统性总结了二维半导体光催化材料的研究现状，并对未来的研究方向进行了展望。

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16. 量子点的发现和创新——诺贝尔化学奖背后的科学精神

钟海政, 刘小丽

自然杂志 2023, 45 (6): 417-422. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.06.003

摘要（271）

PDF（pc）（1261KB）（350）

2023年诺贝尔化学奖授予对量子点的发现和合成作出重要贡献的三位科学家：芒吉•G•巴文迪(Moungi G. Bawendi)、路易斯•E•布鲁斯(Louis E. Brus)和阿列克谢•I•叶基莫夫(Alexei I. Ekimov)。文章主要介绍量子点研究开始前后的科学背景、发现过程以及发展过程中的创新历程，特别是以三位科学家为代表的量子点研究者们所表现出的科学精神。

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17. 拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用

吕子轩, 崔丹丹, 冯海凤, 郝维昌

自然杂志 2023, 45 (5): 363-370. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.005

摘要（140）

PDF（pc）（3174KB）（324）

高活性光催化剂的设计是高效利用太阳能的有效手段，其中二维(2D)半导体光催化剂因其独特的物理化学性质，在光催化研究中有着较大优势。构筑异质结具有改变二维半导体能带结构、抑制光生载流子复合等作用，是一种高效的二维半导体光催化剂的设计方法。拉曼光谱技术因其探测时间短、可原位、无损检测以及样品制备简单等优点，在半导体材料研究中的应用逐渐增多。文章介绍了拉曼光谱技术的基本原理，并对近年来二维半导体光催化剂设计的有关研究进行整理，综述了拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用，为新型二维半导体光催化剂的设计奠定了技术基础。

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18. 非晶合金在低地球轨道环境中的服役性能研究进展

张嘉琪, 汪壮, 王新, 张茂, 唐学峰, 龚攀, 王新云, 姚可夫

自然杂志 2023, 45 (4): 258-270. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.003

摘要（150）

PDF（pc）（3211KB）（314）

随着人类航天技术的进步，对航天材料也提出了越来越高的要求，非晶合金(metallic glass, MG)由于其长程无序的特殊结构，有应用于低地球轨道(low earth orbit, LEO)上的巨大潜力。文章介绍了LEO中存在的导致材料失效的主要因素及其产生机制和作用机制，以及航天领域常用的材料种类及其特点；阐述了MG的发展历史、特点及应用前景；分别总结了MG在原子氧、热循环和空间辐照这些不利因素下的结构稳定性和性能稳定性，并以此来评价MG应用于LEO中的可行性；最后展望了未来MG在LEO环境中稳定性的研究方向。

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19. 在轨制造现状及金属材料在轨制造方法研究

张琪, 刘明, 赵少凡, 汪卫华

自然杂志 2023, 45 (4): 247-257. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.002

摘要（307）

PDF（pc）（2712KB）（304）

在轨制造技术在深空探测领域有广泛的应用前景，是各航天大国竞相发展的先进技术。目前，非金属材料的在轨制造已经实现，而金属材料在轨制造仍面临很多困难。文章介绍了国内外在轨制造技术的发展现状，着重介绍欧洲和美国金属材料在轨制造的技术路径，分析了发展金属材料在轨制造技术面临的困境和难点。针对这些难点，提出利用非晶合金材料的热塑性加工特性来实现金属材料在轨制造技术的突破，对有望应用于在轨制造的基于非晶合金的制造技术进行介绍，并对其未来发展方向进行探讨，以期为金属材料在轨制造技术的发展提供参考。

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20. 无机抗病毒纳米材料发展现状及机理研究进展

张雅婧, 王音典, 陈红霞

自然杂志 2023, 45 (4): 291-302. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.010

摘要（160）

PDF（pc）（3191KB）（300）

病毒是造成人类疾病和死亡的主要原因之一，新的致命病毒以及现有病毒耐药性的出现对医疗、制药和生物技术部门构成了严重挑战。尽管针对病毒疫苗的研究已经受到了广泛的关注，研究人员仍不断致力于开发新型、广谱的抗病毒药物和材料。目前纳米技术的进步为开发新型抗病毒材料提供了便利，通过对纳米材料进行修饰，可使其具有显著的理化性能以及更好的抗病毒效果。无机抗病毒材料因具有较好的生物相容性、低成本和低毒性等优点，给抗病毒药物的开发带来了新思路。文章总结了近年来碳基材料、金属及金属氧化物等无机抗病毒纳米材料的研究现状及重要成果。

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