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光电子芯片、健康肉 南京新科技引领生活“智变”

2020年01月15日 08:04:00 来源: 新华日报

    我们创新科技,同时科技也重塑着我们的生活。潜水员在水下通过“可见光”就可以顺畅沟通、以后老百姓吃腊肉制品可以低盐更健康、利用太阳光将可以“喂饱”手机……步入2020年,《科技周刊》记者梳理了一批南京高校的科技原创成果,其中的许多创新科技既“高大上”又接地气,它们走出校园,给我们带来更多的便利,同时也推动社会生活更智能化。

    潜水员靠“可见光”水下聊天

    2020年1月上旬,在南京邮电大学的实验室里,博士生导师王永进教授正在指导两位学生拿着两只可见光通信手电筒给记者做演示。音乐信息被加载到手电筒发出的照明光上,另外一只手电筒在接收到其光线的同时,也能接收并解调出其携带的音频信息,播放出同样的音乐。“这就是利用光进行信息传递,有了这个便携式光通信手电筒,潜水员们再也不用仅仅靠手势传递信息了。”王永进介绍,这也是他们推出的国内首款水下蓝光通信系统。

    在当今电子信息时代,处理器与存储器之间通过金属纳米线连接,信息通过电子得以完成芯片内的传输,“这样的传输方式会产生较大的热效应,速率和容量都会因此受到限制,不容易做到同一片芯片上(同质集成)。”王永进解释说,光发射、传输、调制、接收和驱动器件采用兼容工艺制作在同一块芯片上,实现“同质集成”的信息系统是芯片界的一个世界性难题。

    据了解,长期致力于光子信息技术研究的王永进教授,在国际上率先发现量子阱二极管发光探测共存现象,首次研制出同质集成光电子芯片和同时照明探测芯片;提出亚波长理想LED模型,研制出世界上最薄的LED,并完成产线中试。

    “只要一块小小的紫外光电子芯片,就可以完成水净化消毒、检测、通信等一系列复杂程序。”王永进说,随着研究进一步拓展,同质集成光电子芯片应用领域将越来越广泛。记者在实验室看到了一颗颗小拇指指甲盖大小的小芯片,这是做什么用的?王永进告诉记者,这是他们研发出的深紫外LED芯片,用芯片照射水,5到10颗小芯片能在20-40秒内实现水净化杀菌消毒等一系列复杂程序,让污水“秒变”饮用水。

    “未来5到10年,我们或许会迎来光电子信息时代,物理认识的突破加上自主提出的器件模型,将会让中国在光电子信息时代占据更多主动,这将是由中国掌握核心技术的时代。”王永进拍着胸脯自信地说,“我们团队的所有原创成果均在国内独立完成,获得中国发明专利授权23项,美国授权专利2项。”

    健康肉,调控内源酶活力控制风味

    腊月来了做腊肉、长了霉菌肉才香,在爱吃腊肉的南方地区,忙年的习俗中暗含了百姓对于腊肉风味来源的认知。可是,霉菌主导风味,这样的“经验之谈”真的靠谱、科学吗?

    南农大食品科技学院周光宏教授团队经过多年的探索发现,长在表面的霉菌,与肉品风味的形成并没有关系。周光宏告诉记者,“不仅两者没有关联,‘肉上撒把盐,剩下全看天’的传统腌制方法生产周期长,脂肪氧化严重,会导致肉制品盐分过高、品质不可控。”

    那么,到底是什么让腊肉如此好吃,这些让腊肉好吃的风味物质又是如何发挥作用的呢?团队发现风味形成的关键,其实是“内源酶”的作用。据该团队介绍,内源酶,顾名思义,就是肌肉内本身就存在的酶,常见的有分解蛋白质的组织蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等,以及分解脂类的脂肪氧化酶、磷脂酶等。这些酶在腌制过程中通过催化肉品内部的蛋白和脂肪分解,从而产生让人觉得好吃的风味物质——游离氨基酸、寡肽和酯类化合物等小分子物质,这一发现“揭示了中国传统腌腊肉制品浓郁风味生成的秘密”,被Nature China评为2007年度中国十大科研亮点。

    “家底”摸清、机理探明,这意味着可以告别“靠天吃饭”的时代,通过技术手段调控内源酶活力来控制风味。根据上述机理,团队摸索出了最为合适的温度区间、时间长度和环境条件,研发出“低温腌制—中温风干—高温成熟”的现代制作技术,产品盐分含量降低50%,生产周期显著缩短,优级产品率由75%提高到97%以上,解决了传统腌腊肉制品生产周期长、脂肪氧化严重、产品盐分过高和风味品质难以控制的技术瓶颈。

    面对西式低温肉制品的问题,团队也进行了科研攻关,填补了国内肌肉凝胶乳化理论的空白,有效解决了西式低温肉制品质地差、出水出油严重的难题。在此基础上,团队鉴定出导致低温肉制品腐败的主要菌种,阐明其消长规律,制定出生产加工过程的关键控制点。

    据了解,团队依托国家肉品质量安全控制工程技术研究中心,与雨润、艾博、华统等30多家肉品加工领军企业在关键技术与设备研发、技术集成应用方面进行了20余年的联合攻关,研发出肉品风味与凝胶品质控制关键技术,上市新产品75种,授权发明专利31项。

    新概念太阳能电池提高光电转化率

    因为柔性好、成本低,被称作“新概念太阳能电池”的钙钛矿型太阳能电池在科技界广受关注,但结构不稳定,光电转换效率不高、性能不稳定一直困扰着其更快发展。为了解决这个问题,南京工业大学黄维院士团队研发出一种新概念太阳能电池。

    这种电池使用了一种新型的杂原子构建层状钙钛矿,通过钙钛矿层间的相互作用,进一步稳定了层状钙钛矿骨架,制备了稳定性显著提升的钙钛矿薄膜,并且可以有效地增强层间的电子传输。这项研究成果不仅将层状钙钛矿太阳能电池的转换效率从15%提高到了18.06%,还使其稳定性大大提高。

    “传统的钙钛矿型太阳能电池是三维结构,就像一个魔方,我们通过一定的改造,通过引入间隔层,使其变成层状的二维结构,这样一来,电池的稳定性、光电转化效率都提高不少。”黄维院士团队成员、南京工业大学先进材料研究院陈永华教授介绍。

    试想一下,未来如果将这类电池应用在手机上,我们将告别插座充电,太阳光就能“喂饱”手机,设备也将更加轻薄。这一研究还具有柔性和半透明等新应用方式,可用于制作超薄、超轻、柔性的可穿戴太阳能电池,以及用于制作建筑用节能窗、汽车节能风挡等。(葛灵丹 王 拓 杨频萍)

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