       1   图 左：由UPM研究人员研发出的光学传感器，其光波传导体系主要由柔性波导带（Celo）、发光二极管发射器（LED）和光电二极管光学检测器（PD）组成。由于波导带的柔性，可以将其弯曲并没入液体（liquido液体）中进行测量。 图右：俯视图（图片来自UPM） 可以用于水质环境监测的 柔性光学传感器 2016年12月9日，西班牙马德里理工大学（UPM）介绍了其近期研发出的一种低成本、易于使用的柔性光学传感器，可以弯曲浸入液体并检测其光学性质的变化。这种传感器使用的组件常见且成本便宜，在应用推广上比起其他光学传感器件有很大的优势。这项研究自2015年开始，由西班牙对外银行基金会（BBVA Foundation）支持，项目成果最近在学术期刊SENSORS上发表。 传感器使用的光波传导系统由LED在一端提供光源，通过柔性波导带的传播，再由另一端光电二极管（PD）进行信号检测。光波在弯曲波导带中的传播依靠的是研究人员在制备过程中加入的独特光栅材料——一种纳米尺寸的铝线。不管是纳米铝线的添加过程（一种“撕裂并糊化”过程），还是发射器（LED）以及光学检测器（PD）与波导带的组装过程都很简易，其中组装过程甚至不需要仪器或专用工具，可以由非专业人员来执行。 通过将传感器的柔性波导带浸没入被测液体中，就可以通过接受信号的曲率损耗检测被测介质的光学性质——特别是折射率——以此测定被测液体的其他理化特性。比如葡萄饮品的折射率就可以用来判定所用葡萄的成熟度，或者相关饮品的酒精含量。通过这种方式，该传感器可以广泛应用于食品加工过程控制、饮用品质量以及环境水质监控等。该项目的首席研究员Carlos Angulo Barrios博士表示，这种传感器灵便的特点也使得其可以被更好地应用于野外或其他困难场地的现场测试分析。 2  图：积水化学产大容量薄膜型锂离子蓄电池（左）和京瓷产混合型功率调节器（右）。 日本京瓷开发出混合型住宅用蓄电系统 —可实现ZEH和能源自给型住宅— 2016年12月12日，日本京瓷株式会社（以下简称“京瓷”）发布消息称，他们将大容量12kWh级别的业界最小锂离子蓄电池和太阳能充电效率96%的混合型功率调节器进行组合后，开发出了日本国内住宅用蓄电系统新产品——住宅用固定型锂离子蓄电系统。该蓄电系统将被使用在日本积水化学工业株式会社（以下简称“积水化学”）于明年1月2日发售的新建住宅中。 京瓷是一家住宅用固定型蓄电系统厂商，在日本国内拥有顶级的销售业绩；积水化学在新建住宅蓄电系统的引入应用领域也拥有日本顶级业绩水平。此次京瓷开发的新型蓄电系统是集合了京瓷与积水化学双方的优势和技术而诞生的新产品。 京瓷此次开发的蓄电系统是在日本积水化学开发的业界最小的大容量薄膜型锂离子蓄电池（以下简称“电池组”）的基础上，组合自家的混合型功率调节器后开发而成的。 该电池组通过改良电解质的材料和工艺提高了其耐久性，而且由于该电池组是安装在室内的，所以可以减少户外空气变化引起的电池劣化，延长电池寿命（功率调节器安装在户外）。另一方面，由于京瓷的混合型功率调节器是将太阳能发电系统功率调节器和蓄电系统功率调节器一体化后形成的，所以无需将太阳能电池产生的直流电转换成交流电即可直接进行充电，可实现96%的充电效率。 京瓷表示，今后将主要面向新建住宅推广该蓄电系统，为实现ZEH（净零能耗住宅）和能源自给型住宅做出贡献，并进一步帮助实现可再生能源的普及。 3 图：线性摩擦焊机 北美最大线性摩擦焊机 有利于航空航天和汽车领域的轻质化 2016年12月12日，美国轻质材料制造创新研究所（LIFT）官网公布消息称，其与MTI（Manufacturing Technology Inc.）公司合作研发北美最大线性摩擦焊机，有利于航空航天和汽车领域的轻质化。 正在开发中的LF35-75焊机是美国第一台设备，预计将于2018年春季完工。LF35-75焊机将安装在LIFT的Corktown制造中心。该设备提供的线性焊接技术，不仅可以应用在航空航天领域，实现飞机发动机中整体叶片和整体叶片转子的轻量化，而且还可以应用在汽车行业。 LIFT公司执行董事Lawrence E. Brown表示：“通过应用这种线性摩擦焊接机将会使我们的轻量化研发呈指数形式的提高。我们非常高兴能与MTI公司成为合作伙伴，并感谢它们愿意在底特律为我们开发和交付这样令人印象深刻的设备。” 线性摩擦焊接：汽车变压器。线性焊接是汽车市场中的一项新技术，随着对轻质材料和先进合金利用率的增加，以及降低成本的需求，此项新技术的应用将会越来越广泛。目前，线性摩擦焊接技术在汽车市场中的应用主要包括，结构件（如金属合金的底盘和门）、能量吸收件（如碰撞罐，通常管状结构连接到板结构），其它应用还包括需要连接两个不同的非对称的金属部件。 LF35-75设备不仅明显消除了材料浪费的问题，而且通过应用线性摩擦焊接技术生产的近净形零件，省去了材料的后加工工序。线性焊接技术可以帮助LIFT成员将更轻更坚固的材料焊接到主体部件的特定位置上。通过采用新技术可以有效降低成本，以及设计高性能的材料，通过减轻重量可以帮助各种车辆获得更好的燃料效率。 4 图：快速光电探测器设备 创速度记录的高性能石墨烯光电探测器被开发 2016年12月10日，欧洲石墨烯旗舰计划通过官网发布消息称，其合作伙伴来自奥地利维也纳技术大学简称（简称TU）和德国AMO公司的研究人员研制了基于石墨烯器件的超快速光电探测器，具有目前最高带宽,实现了高达100 Gbit/s的数据速率。其研究成果发表在最近的Nano Letters上，揭示了在高速通信系统中石墨烯应用的方式。 背景：开发下一代通信系统的迫切性 现代电信系统是建立在将光转换为电信号的基础上。在这些系统中，通过光电探测器将光转换成电信号，然后将其处理并用于计算机、电话和其他设备。当前的光学检测系统是基于硅和其它半导体（例如锗），并且在速度和带宽方面已达到它们的极限。 维也纳技术大学的研究员Simone Schuler解释了增加数据处理能力的重要性。“这些类型的光电探测器通常用在形成互联网的骨干光学数据链路中。光电探测器的最大操作速度限定了其可以接收的最大数据速率。因此，光电探测器越快，它可以接收的数据越多。” 现阶段大规模通信系统的需求正在迅速增长。下一代通信系统必须能够处理物联网（IoT）中大量连接的设备，因此需要更快的光学检测和更高的带宽来保持所有连接之间数据传输的可靠性。除了互联网和下一代移动通信，还可以在工业自动化领域为工业4.0发挥重要作用。 突破：基于石墨烯器件的超快速光电探测器 石墨烯的优异性能使其成为下一代光电子和光通信系统的理想选择。其优异的电气和宽带光吸收性能非常适合于制造高性能光电器件，且易与硅光子系统集成。由此制成的光电探测器由于结构紧凑是高度敏感的，可以与其它光电器件一起使用。 Simone Schuler 对此补充道：“由此可打开完全集成在一个CMOS芯片的新路径，石墨烯将成为在硅平台上实现高性能光电探测器的使能材料。” 在新型光电探测器中，光被引导到被石墨烯覆盖的缝隙波导中。石墨烯用作半导体，波导中的光通过光热电效应在石墨烯中产生电流，将光转换为电信号。可以在不牺牲速度的情况下保证灵敏度，实现高带宽和超快速数据速率。 谈到这种新型光电探测器设计，作为论文的另一位作者，来自德国AMO公司Daniel Neumaier对此表示：“这是朝向高性能光电探测器发展的重要一步，石墨烯用于光电探测器中可以实现竞争速度和灵敏度的高度控制。” 不同石墨烯使能技术的芯片集成是欧洲石墨烯旗舰计划的重要关注点。欧洲石墨烯旗舰计划拟通过“晶圆规模集成”和“光电子工作包”这两个项目推动石墨烯成为光电通信的中坚力量。这两个项目由旗舰管理委员会和执行委员会成员Neumaier领导。 未来：发展晶圆规模集成 为了采用这样的新技术来引导通信网络中的现实世界中的应用，必须将该技术置于光电芯片上。 Neumaier说：“下一步应用将是向CMOS线路的过渡，这是欧洲石墨烯旗舰计划的“光电子工作包”的重点工作。 CMOS制造对材料和加工有严格的要求，因此将实验室技术转化为适合芯片生产的方法是非常棘手的。” 意大利国立国际大学联盟电信（CNIT）的Marco Romagnoli是欧洲石墨烯旗舰计划拟通过“晶圆规模集成”项目领导人，并率先开发用于大规模生产基于石墨烯电子器件的硅兼容工艺。他对此表示：“我们正在开发集成在石墨烯光子电路中的关键构件。这种探测器是一个良好的设计实例，良好的性能与技术兼容性的结合是推动石墨烯技术在电子和光子应用领域进步的关键。” 这项研究是石墨烯在性能和紧凑性方面提供对现有光电技术的改进的一个主要例子。西班牙光子科学研究所的Frank Koppens是旗舰光电子和光子工作包的领导者，他对此表示：“这项工作显示了创纪录的高性能和具有零暗电流的操作。这是石墨烯旗舰计划的一个重大进步，未来目标是开发用于完全CMOS集成光学数据通信平台的组件（探测器，调制器）。” 石墨烯旗舰计划的科学技术官员及其管理委员会主席Andrea Ferrari则表示：“石墨烯光子学和光电子学显然是中期发展的最强领域之一，石墨烯旗舰计划已经在开拓大规模集成基于石墨烯和相关材料的光电子元件，这是使它们在未来互联网数据和物联网领域得到广泛应用的关键步骤，这一结果清楚地表明，我们很好地处于石墨烯技术路线图的发展轨迹中。” 石墨烯是光通信系统的理想材料，是石墨烯高级应用是技术门槛最高的，也是最具有颠覆传统产业潜力的一类应用。尽管将石墨烯从实验室转移到商业应用需要持续性的长久投入，但是在欧洲石墨烯旗舰计划下，这正一步步地坚定向前迈进。 |
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