近日,由刘静研究员及何志祝博士带领的理化所研究小组,首次发现了一种独特的极低电压诱发的液态金属射流现象,为金属微滴乃至固体颗粒的快速制备和精确操控打开了一条新途径,相应论文发表于美国物理学会《应用物理快报》(Fang et al, Electro-Hydrodynamic Shooting Phenomenon of Liquid Metal Stream, Applied Physics Letters, 105: 134104, 2014)。文章第一作者为前来理化所进行暑期实习的清华大学钱学森力学班大三学生房文强。

此项工作源于刘静团队十余年来在液态金属领域的持续探索和积累。此前,团队曾发现手动操控下的液态金属经毛细管注入特定溶液中时会自动离散成大量的金属液滴,由此建立了一种无槽道式快速制备金属微粒的方法(Yu et al., Advanced Engineering Materials, 16: 255, 2014,封面文章)。与此同时,团队还首次发现电场控制下液态金属可在各种形态及运动模式之间发生转换的多变形现象(Sheng et al., Advanced Materials, 26: 6036, 2014,封面文章),并建立了系列调控液态金属变形的方法。正是在延续上述工作的过程中,研究小组再次获得出人意料的发现。他们通过实验观察到,在无电压作用时,盛放于容器腔出口毛细管内的液态金属前沿会因表面张力和外界静压的作用而保持静态;一旦施加电场时,浸没于氢氧化钠溶液中的毛细管内液态金属会自动喷射而出形成微滴,仿佛喷泉一般,这些液滴在电场作用下朝着阳极方向快速移动,可控性强,到达后形成“大珠小珠落玉盘”的景象,若将持续生成的液滴冷却收集后即可获得金属固体微粒,整个过程仅需极低电压(2-20V)即可轻易实现;电压越高,金属液滴生成率及移动速率越快。

通过系统的对比实验,研究小组探明了液态金属从喷射到液滴产生与运动的三个关键流动相态。在喷射伊始,外界电压产生的电场力会打破液态金属界面的力学平衡,并使其沿电场方向发生变形和运动;当液态金属从毛细管喷射出来进入氢氧化钠水溶液时,由于自身的低粘、高表面张力与电场力相互作用,液态金属射流随即发生Plateau–Rayleigh不稳定现象,由此撕裂离散成粒径均一的液滴;金属液滴在电场作用下易于形成电双层,液滴自身的高导电性会使其界面切向电场力消失,而电双层内的切向电场力必须通过金属液滴运动产生的剪切应力来实现力学平衡,由此诱导了液滴运动方向与电场方向保持一致。在上述过程中,外界电场力是促成液态金属液滴喷射和运动的主要动力来源,而氢氧化钠溶液则有效及时地消除了界面电化学反应生成的金属氧化物。值得指出的是,传统的胶体或金属颗粒电泳现象需要上千伏电压驱动,而此次发现的金属液滴快速运动只需数伏电压即可,其本质原因正在于液态金属优良的导电性和流动性使然。此前,电压诱导的液态金属喷射现象从未被报道过,这种微滴生成与运动效应无需复杂设备,能耗极低,操控极为简便快捷,十分有利于应用。

近年来,液态金属液滴在微开关、微泵、焊料、金属零部件制作乃至3D打印金属粉末等方面展现出独特的应用价值。而传统的金属液滴制备需借助复杂的微流控技术实现,成本高、工艺复杂、程序繁琐且生成效率低。研究小组此次取得的基础性发现和建立的方法,为扩展液态金属的应用提供了重要技术手段;这种电控射流效应也引申出十分丰富有趣的物理学图景,为今后探索室温液态金属独特的流体力学行为指出了新的方向。

理化所参股企业花园生物高科股份有限公司首次公开发行股票获得成功,并于10月9日登陆深圳证券交易所创业板正式挂牌上市,股票简称“花园生物”,股票代码为300401。这是理化所参股的第二家企业正式登陆资本市场。理化所所长张丽萍、副所长刘新建、原所长刘新厚等出席了在深交所仪式大厅举行的花园生物股票上市仪式。

缘起中科院理化所,农民企业家搞起高科技,花园生物公司从维生素D3行业的无名之辈成长为行业的领跑者,公司依靠科技从传统的农产品和服装加工企业发展为行业领军的高科技企业,去年维生素D3销量占全球需求量的33.05%。在登陆资本市场平台之后,花园生物公司将迎来更快更好的发展,继续领跑维生素D3龙头行业。

9月30日,生命科学学院515党支部开展了“勿忘历史,缅怀先烈”主题党建活动。515党支部组织党员观看了纪录片《这里是北京 抗日——何止八年》,重温抗战岁月,并步行前往八宝山革命烈士公墓缅怀先烈。

30日上午,515党支部组织党员及积极分子观看了北京卫视制作的爱国纪录片《这里是北京 抗日——何止八年》。该片立足于北京本土文化,挖掘城市变迁背后的历史渊源,采用以古鉴今的思维方式让大家重温抗战岁月。同学们在观看之后纷纷表示仿佛回到了过去,从人性化角度与历史人物进行对话,以另一种心态去审视发生在共和国首都的各类历史事件。同学们纷纷表示获益匪浅。

30日下午,部分党员及入党积极分子步行来到八宝山革命公墓。整个墓地在苍松翠柏环抱中,庄严肃穆。同学们怀着崇敬的心情一路走来,依次瞻仰了在共和国发展历史上为国家做出巨大贡献的中共国家领导人、各民主人士、教育文化界名人等。站在先烈墓前,我们在缅怀革命烈士的同时,还了解了革命先辈实现解放的艰难以及当今和平生活的来之不易。

在欢庆祖国65年生日之际,我们缅怀先烈,不忘历史,有着特殊的意义。我们生在新时代,但我们脚下的土地是先辈用鲜血浇灌的。我们应牢记历史使命,秉承先辈的革命情结,为建设祖国,让祖国成为强大的社会主义国家而不懈奋斗!

在国家财政专项支持下,经过项目组成员几年的共同努力和夜以继日的工作,理化所“大型低温制冷设备研制”专项取得重要进展,10kW/20K大型低温制冷系统于8月31日在理化所廊坊基地实现成功运行,并于9月17日至19日基于远程控制实现了整机自动开关机及连续72小时稳定运行和性能测试。通过测试,该大型低温制冷系统的主要性能指标达到制冷量³10kW/20K、透平效率³70%。

大型低温制冷设备是前沿科技研究、高技术应用不可替代的基础支撑装备。随着社会经济的高速发展,我国已成为大型低温制冷设备的使用大国。然而,由于我国处于核心技术不掌握、国产化不能实现、需求长期依赖进口的被动局面,特殊领域还面临“禁运”的潜在危机,导致我国需要低温技术支撑的核心关键系统的发展受到很大限制,“瓶颈”效应十分明显(尤其是战略高技术领域)。

为了突破这种现状,理化所从2010年开始,在几十年低温技术研究积累的基础上,对大型氢氦低温制冷技术、工程与系统应用涉及的众多低温领域基础问题、关键设备和关键技术进行了系统和深入的研究,突破了高速氦透平膨胀机稳定性、超低漏率铝板翅式换热器设计制造、高精滤油系统设计、气动低温调节阀制造以及集成调控五大核心关键技术,实现了对氦透平膨胀机、冷箱系统、控制系统的研制,并结合流程设计与仿真,在理化所廊坊基地顺利完成低温制冷设备集成总装与调试工作,成功研制出国内首台制冷量超过10kW/20K的液氢温度级大型低温制冷机。其关键设备氦透平膨胀机、超低漏率铝板翅式换热器、高精滤油系统等均为自主研制。其中自主研制的氦气体轴承透平膨胀机的稳定运行转速达到10万转/分,绝热效率达到70%以上,性能达到国际水平。该大型低温制冷设备经过连续三天稳定运行和性能测试,表明其稳定性和主要性能指标达到了国际先进水平。

10kW/20K大型低温制冷设备的成功研制,标志着我国自主设计与制造液氢温度级大型低温制冷设备能力的形成,可以满足未来国家战略高技术发展的需求;对我国打破垄断,自主研发大型低温制冷设备,特别是对液氦温度乃至超流氦温度大型低温氦制冷系统的研制奠定了技术基础和工业基础;对我国高新科学技术的发展具有重要的支撑作用。

 

2014年10月11日上午,生命科学学院514班党支部部分党员及入党积极分子参观了八宝山革命公墓,开展了主题为“缅怀革命烈士,学习革命精神,争做优秀共产党员”的爱国主义教育活动。

上午9时,同学们在校门口集合,并在党支部书记杜晓辰的带领下,集体步行到八宝山革命公墓进行参观。八宝山革命公墓一直用于安葬我国已故的党和国家领导人、民主党派领导人、爱国民主人士、著名科学家、文学家等先辈,是缅怀革命先烈英雄业绩、弘扬革命优良传统、进行爱国主义教育的重要基地。同学们在缅怀革命烈士的同时,还了解了朱德、董必武、彭德怀、任弼时、张澜等革命先烈及闻一多等先进学者的光荣事迹,感受到革命先辈为实现民族解放的艰难以及当今和谐生活的来之不易。

通过参观八宝山革命公墓,大家切身感受到了革命先辈英勇善战、不畏牺牲的精神,坚定了共产主义信念,进一步增强了学好专业知识、提高自身素质的积极性,同时也让自己的心灵经历了一场洗礼。在接下来的日子里,作为中国共产党员的他们将在学习和生活等各个方面做好表率,积极贡献党员力量,争做优秀共产党员,为伟大中国梦的实现而努力奋斗。