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4月9日，萬象•科學Talk第1期中科院青促會合作專場“隱藏的次元”在廣州市南沙區圖書館舉辦。本次活動邀請了來自高溫超導、光電轉換、航空發動機、體外診斷、生物 3D 打印、植物水分傳輸等領域的6位中科院科學家，面向線上線下觀眾，用喜聞樂見的脫口秀形式分享了各自的科研故事和發現。

本次萬象•科學Talk由中國科學院青年創新促進會、廣州物聯網研究院主辦，廣州市南沙區圖書館、中國科學院深圳先進技術研究院協辦，廣州市南沙區科學技術局支持。活動通過百度百家號、央視頻、南方+、廣東科技報、嗶哩嗶哩、萬象曰視頻號和抖音等平臺同步進行線上直播。

羅會仟：在火爐里修煉高溫超導心經

近期，深圳第一高樓用上了國產超導電纜，以數倍于常規電纜的電量輸送能力，提供高可靠性供電，這得益于超導體零電阻的優勢。

目前已知的絕大部分超導體的超導溫度都低于40 K(即零下233.15℃)，這也是常規超導體臨界溫度的理論上限。由于降溫成本和難度比較大，常規超導難以大面積應用。高溫超導的重要性不言而喻。說是“高溫”，其實是“高冷”，目前的高溫超導材料，如銅氧化物，最高的超導溫度記錄是165 K(即零下138℃)。因此，還需要找到更多能“高溫”超導的材料。中國科學院物理研究所研究員羅會仟介紹到，探索超導材料的方法千奇百怪，最常用的是通過燒爐子，把各種化學元素“炒”在一起，看看超不超導。燒制不同的超導材料，需要借助不同的爐子。羅會仟提到一種高級的爐子——移動光學浮區爐，這需要用光加熱。只要這個光夠給力，爐子玩得轉，最后就能得到高質量的晶體。只要溫度足夠低，這些晶體電阻就會降到零，實現超級導電。

那么，高溫超導體是如何實現超級導電的呢?羅會仟及其團隊通過中子散射實驗，利用一束不帶電但有磁性的中子，去探測材料中電和磁的相互作用，從而為更好地實現高溫超導應用提供堅實的實驗依據和理論基礎。

田文明：透過時間分辨光譜看“光明”的未來

太陽作為最大的光源，每秒鐘照射到地球上的能量相當于500萬噸煤。如果能將太陽光全部轉化為電，將有效助力碳達峰、碳中和的實現。

中國科學院大連化學物理研究所研究員田文明介紹到，光電轉換材料以及材料中的電荷運動情況是影響光電轉換效率的關鍵因素。鈣鈦礦作為一種新型光電轉換材料，兼具轉化效率高和制備成本低等優勢，僅用了10年多的時間，就取得了接近硅基材料光伏電池50多年才實現的成就，將光伏發電效率從3%提升至25.7%。

為了更好地了解材料中的電荷運動情況，田文明及其所在團隊發展了一種時間和空間分辨電荷運動檢測方法，不僅能直觀看到電荷的運動過程，還能知道電荷能跑多快、跑多遠，以及壽命有多長。此外，這個技術既能看到單個晶粒中的電荷運動，又能觀察到電荷跨晶粒運動以及跨晶界后的損耗。有了這種技術，她和她所在團隊進一步對光電材料進行設計和調控，實現定向電荷運輸，提升電荷利用效率。研究結果為尋找更好的半導體材料、設計更優秀的電池結構等提供了科學依據。

杜強：破解航空飛機“心臟”高溫難題

中國科學院工程熱物理研究所研究員杜強的日常工作是給航空發動機里最重要的零件——渦輪葉片降溫。然而，渦輪葉片的最大厚度僅為6毫米左右，對它進行降溫可是個“繡花活”。

航空發動機作為飛行器的動力之源，被譽為“工業機械制造皇冠上的一顆明珠”，而渦輪葉片的壽命，也決定了整臺發動機的使用壽命。如何讓渦輪葉片安全穩定運行，是杜強及其團隊一直努力的方向。金屬的極限耐溫不過一千度左右，而渦輪葉片要承受的最高溫度可達2000K，同時還要承受40個大氣壓以及20000轉/分的高轉速。杜強把高溫、高壓、高轉速的“三高”環境下的渦輪葉片形象地比喻成“高溫火爐中的舞者”。

為降低渦輪葉片金屬壁面的溫度，杜強及其團隊主要采用內部和外部相結合的冷卻方法。在葉片內部，設計復雜的“蛇形”冷卻通道，從發動機低溫位置源源不斷地引入冷卻氣流，像流通的“血液”一樣，持續降低葉片內部的溫度。在葉片外部，設置各種形狀的冷卻氣膜孔，冷氣從氣膜孔流出后將覆蓋葉片表面，就像是給葉片穿上了“隱形的外衣”，將金屬壁面與高溫燃氣進行“隔離”，以此實現了對渦輪葉片的高效冷卻，使葉片達到長壽命的設計要求。

劉慧：揭開植物越高越“渴”的秘密

森林是陸地上最大的儲碳庫和最經濟的吸碳器。近些年，隨著全球變暖趨勢越來越明顯，很多區域變得越來越干旱，樹木遭受嚴重生存威脅。中國科學院華南植物園副研究員劉慧主要研究植物是如何“渴死”的，通過對植物“病情”的觀測，尋找植物耐受各類惡劣環境的調節機制。

劉慧在分享中提到，植物的水分和養分是它的“血液”，可以通過定期測水勢，來衡量植物“渴”的程度。樹木從下往上運輸水分，高度越高，水勢也越來越小，植物也越來越“渴”。干旱時，植物管道里的水勢下降，會有空氣進入導管形成氣泡，造成管道堵塞，并逐漸導致水分運輸中斷，越靠樹干頂端的葉片越容易“渴死”，進而引發整株植物“渴死”。植物渴的時候，氣泡在管道中爆裂發出高頻的聲響，那是植物在哭泣和求助。為了應對可能存在的“渴死”情況，越靠樹干頂端的細胞為了抵御極高的壓強，細胞壁會變得越來越厚，這給細胞分裂帶來巨大壓力，最終停止生長。因此在植物學界，有個說法叫“高樹再高也不會超過120米”。劉慧及其團隊前后測過全國10多個地區300多種森林植物，還整合了全球大概1300多種的數據，發現樹木越高，需要的水分就越多，但同時也越不耐旱。這也佐證了為什么幾十年間亞馬遜熱帶雨林里干旱死亡的基本都是高樹。

“我們可不能讓植物’渴死’，不然人類可能會’愁死’，要讓植物’向死而生’，為自然保護、人類社會創造更多的價值。”

阮長順：用好生物3D打印這支“救命”神筆

每年我國大約有30萬患者在等待器官移植，僅有3%左右的人成功移植，缺口非常大。2022年，心臟病患者大衛•貝內特成功裝上了基因編輯過的豬的心臟，延長了2個月生命。這是人類首例豬心移植手術，為供體來源短缺和同源器官移植帶來了希望。但由于動物心臟和人類心臟存在差異，人體會產生排異，所以異種來源器官移植還有很長一段路要走。

如果能擁有一支馬良的神筆，在體外“畫出”緊缺的器官，這是中國科學院深圳先進技術研究院研究員阮長順的科研夢。阮長順及其團隊通過先進的生物3D打印技術，可以達到接近這支神筆的功效。他們將細胞和細胞外基質材料開發成3D打印墨水，利用正負電荷相吸原理，讓一種材料帶有弱正電，另一種材料帶有弱負電，通過相互吸引完成堆積，讓打印出來的器官既不松散也不擁擠。同時，通過材料設計和打印工藝優化，給細胞搭建更好的環境，將細胞的的存活率從50%提高到90%以上。同時，他們團隊已經驗證了，所打印出來的含細胞的結構體，在體內可以顯著地促進骨組織生長修復。但要在體外人造出完全替代人體器官的組織，實現其完整功能，我們還有很長的路要走，阮長順補充道。

張威：巧用體外診斷“抓兇破案”

近期甲流和諾如病毒高發，一旦發生感染要如何搜取蛛絲馬跡，制定針對性治療方案?巧用體外診斷，能幫你抓到兇手，順利“破案”。中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所張威研究員的研究領域便是體外診斷儀器技術。

臨床醫生診療所需的70%左右的醫療與健康決策信息，都依賴于體外診斷。甲流、諾如病毒甚至艾滋病等傳染病，大多是由細菌、病毒等病原體引起的，而每一種病原體都有特異性的核酸片段，核酸檢測這種體外診斷手段是鑒定病原的最直接證據。檢測的核酸信息越多，證據鏈越完整，越能全面解析病情，制定治療方案。我國三甲醫院每天的門診量大約是1萬多人次，一年約400多萬人次。核酸檢測儀器市場基本被進口的設備壟斷。

張威及其團隊建立了一整套完全自主高靈敏核酸檢測的技術，從核心芯片、關鍵部件到儀器模塊，部署了多項專利。在芯片、溫控和光學檢測等方面更是實現了“多、快、準、全”的技術突破。“如今我們的檢測儀器可以說實現了真正的逆襲，各項指標已經反超進口儀器，甚至達到了國際先進水平。這些儀器目前已經完成了注冊檢驗，很快就可以跟大家見面了。”

每人5分鐘科學Talk結束后，主持人黎耕繼續與6位嘉賓展開了圓桌對話，就各位嘉賓相關的研究領域發起科學追問。隨后通過盲盒抽問和現場觀眾提問，各位科學家就“雞娃”、“職業焦慮”等生活類話題展開討論，現場有趣有料、爆梗不斷。

本場活動的主持人中國科學院國家天文臺副研究員黎耕，以幽默風趣的主持風格帶領大家深挖科學背后的故事，引發現場觀眾共鳴。

萬象曰是由廣州物聯網研究院打造的、具有大灣區特色的科學思想傳播平臺，由小象快跑團隊負責運營、管理，以“想象力比知識更重要 ”為出發點，向大眾分享前沿科學知識和科學方法，啟迪思想，分享智慧。“萬象·科學 Talk”是萬象曰品牌面向社會大眾舉辦的青年科學家脫口秀節目，講述科學故事或科學發現，讓科學更加喜聞樂見。

(通訊員：雷錦萍 供稿單位：廣州物聯網研究院)