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青春亮彩·微纳花开--MINE2019总结报道
张海霞 2019-8-2 13:52
青春亮彩 · 微纳花开 --MINE2019 国际会议暨第 14 届北大微纳前沿技术暑期学校总结报道 【编者按】： 2019 年 7 月 7-10 日， MINE2019 国际会议暨第 14 届北大微纳前沿技术暑期学校在中科院上海微系统所举行， CINN 资助了部分学生的差旅费，这些同学不仅在会议期间积极做志愿者为会议服务，会议结束后还及时对会议的重要报告进行了总结，这里分概述、特邀报告、青年科学家、优秀学生海报等部分进行展示，希望大家对会议有更好的理解，也欢迎大家报名参加 2020 年 7 月在北京举行的 MINE2020 国际会议。 一、 MINE 2019 国际会议概述 微系统与纳米工程国际会议（ Microsystem and Nanoengineering Summit 2019 ，简称 MINE 2019 ）是以 Microsystems Nanoengineering 国际期刊为平台，增强国际交流和合作，引进国际先进技术讲座，加速我国微纳系统发展进程，培养中青年科技工作者和研究生。 MINE2019 国际会议共有来自世界各地的 300 余位专家教授、青年科学家、学生齐聚一堂，以大会邀请报告、青年科学家论坛和学生海报等形式分为先进微 / 纳机电系统、自供能智能系统、生物微 / 纳机电系统等 3 个专题进行了充分的研讨交流。 MINE2019 参会人员集体合影 最终，经过技术委员会专家的认真细致的评审工作，评选出了 6 位 “ 青年科学家奖 ” 获得者，他们分别是来自上海交通大学的杨睿、中山大学的谢曦、加利福尼亚大学洛杉矶分校的郑小雨、伦敦大学的徐杨、香港大学的岑浩樟和厦门大学的侯旭，中国科学院的鲍容容获得大会特别奖，同时评选出了任中阳等 10 位 “ 最佳学生海报奖 ” 获得者。本次会议为参会人员学习和了解微纳系统技术最新成果提供了非常好的机会，搭建了一个与国际顶级专家进行学术交流合作和展示的良好平台。 二、 MINE 2019 国际会议特邀报告 大会共邀请了 20 位在微纳领域做出突出贡献的科学家做了邀请报告，这里摘取其中十位进行详细的报道。他们分别在如下四个发展如火如荼地微纳技术领域开展了大量工作： (1) 新型微纳米加工工艺及新封装技术； (2) 光学、电学等物理研究与医疗结合； (3) 柔性可穿戴设备； (4) 微纳米器件的集成和工程化等等。 1 、 Eric Yeatman ： Ultrasonic Wireless Power Delivery （北京大学万基整理） Eric Yeatman 教授在 1989 年之后一直在伦敦帝国理工学院的担任教职，自 2005 年起担任微工程学教授。他于 2015 年 9 月被任命为电气与电子工程系主任。他在光学器件和材料，微机电系统（ MEMS ）和其他主题方面拥有 250 多篇论文和专利。他于 2011 被授予英国皇家工程学院银奖，并于 2012 年成为皇家工程学院院士。同时他也是 IEEE ， IET ， IOM3 等协会的会员。同时他也是 Microsaic Systems plc 的创始人和董事，致力于微型光谱仪和分析仪的制备与研究。他目前的研究方向是无线能量传输，能量采集， MEMS 光电器件以及普适的传感网络机制。 本次报告中， Eric Yeatman 教授介绍了其研究小组在超声能量传输方面的工作，其中对比了电感耦合传输能量、辐射传输能量以及超声传输能量的优劣，表明超声能量传输尤其是短波长的声波具有方向性好，能量密度高、传输效率高的优点。 因此利用超声进行能量传输是一种代替电池的高效可行方案，而这样一种无线的能量传输方式也被广泛地应用于人体植入式设备等应用，用于给不易引线的体内电子设备进行无线供能，于此同时，通过 MEMS 工艺设计的耦合机械振荡器，可以实现最大化的超声到电的能量转化效率。 2 、 Zhihong Li ： 3D Ice Printing Technology （浙江大学魏鑫伟整理） Zhihong Li （李志宏），北京大学微电子学研究院教授， “ 微米纳米加工技术国家级重点实验室 ” 学术委员会副主任。 1992 年毕业于北京大学微电子专业， 1997 年在北京大学获微电子学与固体电子学博士学位，同年留校工作。 2000 年到 2004 年在美国加州大学戴维斯分校和美国康奈尔大学做访问学者。 2004 年 7 月返回北大，继续从事科研和教学工作。期间一直从事 MEMS/NEMS 理论、设计和加工方面的研究，目前重点专注生物 MEMS 和微流控系统在生物医疗方面的应用。作为项目负责人主持国家 “863” 、国家自然科学基金等科研项目 10 余项，在 ACS Nano, Lab Chip, Anal. Chem., JMEMS 等本领域高水平学术期刊和 IEEE MEMS 、 Transducers 、 MicroTAS 等 MEMS 领域顶级国际学术会议上发表论文 200 余篇，其中 SCI 文章 100 余篇，做国际会议邀请报告 10 余次，申请和授权专利 24 项（授权 16 项），为 5 本书籍撰写章节。担任 IEEE MEMS 、 Transducers 和 IEEE Sensors 等国际会议程序委员会委员。 在本次 MINE2019 大会上， Zhihong Li 教授做了题为 “3D Ice Printing Technology” 的报告，提出了一种基于喷墨打印的新型微流控制造方法 ——3D 冰打印技术。 水是药物最重要的溶剂，在微细加工中起着不可替代的作用。近年来，由于冰不受污染且易于制造，冰已被用于微细或纳米制造，如电子束光刻中的光刻胶或包装应用中的牺牲层。此外，还有研究利用激光在冰块中形成了微流体通道。与这些自顶向下的技术相比， Zhihong Li 教授团队提出了一种新颖、廉价的自底向上的方法来制作具有冰印特征的三维结构。 3D 冰打印技术与其他 3D 打印技术非常相似。这种自底向上的 3D 制作方法是将水打印到寒冷的表面，然后逐层冻结成冰结构。一个微小的液滴可以与喷嘴分开打印，一旦附着在冰点下的冷表面，液滴就会冻结成固态冰。重复这个步骤，自动移动打印头或打印台，就可以构造出具有精细特征尺寸的复杂三维冰结构，如图 2 所示。该方法可用于玻璃、金属、硅和聚合物薄膜等多种基材上 , 理论上任何足够冷的衬底都可以用于冰印。因此，该方法对基板无选择性，可广泛推广应用。以 3D 冰打印结构为模具，可实现复杂的微流体元件，并可以将药物溶液打印成储液罐，在制备过程中进行包装。 基于此技术， Zhihong Li 教授团队提出了一种便携式、易于操作、防污的微胶囊阵列芯片用于目标检测，如图 3 所示。该预包装芯片采用新颖、成本低廉的 3D 冰印技术，结合光聚合密封技术，消除了湿化学制备的复杂过程，可以有效地抵抗外界污染物。并且试验只需消耗极少的样本 ( 每个微胶囊 2μL) 。所有分析所需试剂在使用前均以冰的形式储存在微胶囊中，保证了微胶囊阵列芯片的长期稳定性。选择亚硝酸根和葡萄糖作为概念验证模型，无需外部精密仪器即可实现肉眼即时定量检测。冰印微胶囊阵列芯片简单、成本低、样品消耗小，在现场环境监测、医学诊断、快速高通量定点定量分析等领域具有潜在的商业价值。 3 、 Ling Xie ： Shaping Nanostructures Along Crystallographic Orientations （浙江大学潘宇祥整理） Ling Xie 教授是哈佛大学纳米系统中心的首席研究科学家，她在威斯康辛大学麦迪逊分校获得材料科学与工程硕士和博士学位，在 2004 年加入哈佛大学之前，曾在伊士曼柯达公司从事 CCD 图像传感器和朗讯技术公司的 3D 光学开关研究。她的研究重点是微 / 纳米制造技术，利用尖端技术构建微 / 纳米结构，如各种材料和形状的微 / 纳米管、硅纳米线、超窄 (~ 10nm) 高长径比沟槽、金刚石纳米孔等。通过与哈佛大学的 Amir Yacoby 教授团队的合作，她的团队开发了单晶金刚石中依赖于晶体取向的反应离子蚀刻技术，这为纳米技术的核心 —— 特定纳米结构的形成打开了一扇新的窗户。她专注于 MEMS 制造、反应离子刻蚀 (RIE) 、化学气相沉积 (CVD) 、物理气相沉积 (PVD) 和薄膜表征。 在本次会议上， Xie 教授介绍了单晶材料形成特定的形状结构的能力是纳米技术中非常重要的一个部分。晶向依赖的湿法刻蚀广泛应用于 MEMS 中，利用 KOH 可以在单晶硅上形成很多形状。晶向依赖的干法刻蚀在微纳加工技术中也十分重要。当离子能量接近能量势垒时，沿不同晶面的蚀刻速率可以被区分，从而使晶体学方向的独立蚀刻得以出现。 Xie 教授在使用 O2 等离子体的单晶金刚石蚀刻中演示了这一概念的原理。当衬底功率降低到一定阈值以下时，晶面被揭示与衬底功率有关，此时衬底功率是离子能量的主要决定因素。 Xie 教授利用该技术制备了单片金刚石纳米颗粒，并利用氮空位中心进行了纳米磁测。利用这个技术， Xie 教授团队加工的金刚石记录的半锥角为 21 度，这是目前报道的最高角度，这使得收集效率更高，机械强度更高。下图是一些被蚀刻后的结构的扫描电子显微镜图。图 A 为金字塔形结构的正方形横截面，图 B 为图 A 结构的放大图像，图 C 为锥形结构的阵列，图 D 为不同宽度的长方形横截面，图 E 为图 D 侧壁的特写。通过 Xie 教授的会议分享，我们加深了对哈佛大学微纳系统中心以及复杂结构蚀刻的工艺的了解。 4 、 Yu Sun ： Mechanical Measurement inside a Cell and Deep in Tissue （浙江大学蒋得明整理） 孙钰教授长期从事微纳米器件和机器人系统方面的工作，是机器人生物操作领域的开创者之一，在微纳米尺度机器人，生物操作自动化，以及生物微电子机械系统领域做出了处于国际领先水平。孙钰教授在美国明尼苏达大学取得博士学位后，赴苏黎世在瑞士联邦工学院从事博士后研究， 2004 年加入多伦多大学任助理教授， 2009 年至 2012 年，相继提升为终身副教授、正教授。孙钰教授现担任加拿大工程院院士，多伦多大学教授，加拿大微纳米工程系统研究中心主席，美国电气与电子协会会士，美国机械工程协会会士， 7 次获得国际会议最佳论文奖， 5 次获得多伦多大学技术创新奖 (University of Toronto Connaught Innovation Award) ，获得美国生殖医学会技术成就一等奖 (ASRM-American Society for Reproductive Medicine First Prize for Technical Achievement) ，获得加拿大自然科学基金委 NSERC E.W.R. Steacie Memorial Fellowship 等。 本次报告，孙钰教授特别介绍了用于物理测量细胞内特征的约束与非约束技术。使用多级磁力镊施加微纳尺度的力，对单个细胞进行操纵，能够对细胞核进行三维尺度上的测量。而测量单个细胞内的细胞内结构并在空间上映射组织深处的机械特性的能力对于理解调节形态发生和疾病进展的亚细胞活动和解剖机制是重要的。与单个细胞和组织表面的测量相比，细胞内和活组织深处的物理测量和操作仍未得到充分研究，部分原因是缺乏合适的工具。运用孙钰教授开发的新型装置，能够对活体组织深处的多个位点的硬度进行定量分析，揭示细胞趋硬性的潜在意义。 5 、 Tiger H.Tao ： The perfect marriage of bioelectronics and biomaterials via advanced manufacturing （苏州大学董伟整理） 陶虎教授 2003 年毕业于中国科学技术大学精密仪器与精密机械系。硕士毕业于中科院电子学研究所从事微型电场传感器研究（ 2003-2006 ）。博士毕业于美国波士顿大学（ Boston University ， 2006-2010 ），博士后期间（ 2010-2011 ）与研究助理教授期间（ 2012-2014 ），在美国塔夫茨大学（ Tufts University ）从事人体可植入并可控降解的微纳光电传感器及微系统研究。 2009 年获 “ 国家优秀自费留学奖学金 ”, 2010 年获波士顿大学工学院最佳博士论文奖。 2014 年 被中国科学院上海微系统与信息技术研究所聘为研究员。 陶虎研究员一直从事创新敏感原理及效应的敏感材料和微纳传感器前沿科技研究。在国际知名期刊和顶级会议发表学术论文 50 余篇，包括 Science （封面文章）、 Nature 、 Nature Photonics （封面文章）、 Nature Nanotechnology （封面文章）、 Nature Communications 、 PNAS 、 Advanced Materials （ 3 篇封面文章和一篇特邀综述）、 Physical Review Letters 、 Small （封面文章）、 Optics Express 等。所发表文章近 5 年 ISI 总引用达 1000 多次。多项创新前沿成果受到了国际同行广泛关注和评价。 本次报告，陶虎教授特别为我们介绍了在上海微系统与信息技术研究所关于植入式医疗器械和生物材料方面的研究。通过使用最近开发的基于生物材料和光学和电子等生物可吸收技术的材料平台，将再生医学（材料重塑和整合生物环境）和技术之间无缝融合，在这种情况下，材料和技术的结合使得这一类生物医学装置能够具有光学或电子功能，并且可以无害地降解。陶虎教授的此次汇报讨论了丝蛋白在瞬态光学和光子学，电子学和光电子应用中作为可持续材料的应用。该材料的有利特性无疑为丝绸的使用提供了更加有利的条件，同时也为进一步开发生物铸造厂提供了广泛的灵感，用于高科技应用的天然材料的合成和加工。 6 、 Tianhong Cui ： Shrink Polymer Micro Sensors for Detection of Water Pollutants （中国科学院微电子研究所李锐锐整理） 崔天宏教授，美国明尼苏达大学机械工程系教授，并兼任该校电子工程系和生物工程系教授，于 1995 年在中科院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，是国际著名的 MEMS 和纳米技术专家，发表论文 200 余篇，被评选为美国名校明尼苏达大学 2017 年度麦克凯特杰出教授（ Distinguished McKnight University Professor ），这是明尼苏达大学终身冠名教授，授予该校中青年正教授的最高荣誉。崔教授团队的研究方向主要分两个方面：纳米自组装微纳传感器和执行器，聚合物可收缩纳米光刻。 在本次特邀报告中，崔天宏教授重点介绍了用于纳米光刻的收缩聚合物、高宽高比微结构以及用于检测水污染物的微传感器。崔教授首先讲解了选用聚合物的原因，聚合物收缩是一种新的光刻方法，通过改变较大的预图案结构来产生较小的结构。通过压印和热塑性收缩的简易聚合物制造方法旨在在纳米尺度上进行光刻或减小特征尺寸，并显著提高压印微结构的纵横比。通过在较短的循环时间内低温成型，可以获得具有收缩性能的压纹微结构。通过去除投影结构和在更高温度下加热可以激活浮雕图案的收缩。最终得到的结构取决于在收缩聚合物之前去除材料的形状。利用这种方式，二维和三维的浮雕结构都成功地缩小成更小的尺寸。崔教授的团队成功将这种聚合物收缩工艺的制造能力进一步扩展到 MEMS 器件制造。随后，崔教授提出水体中重金属以及化学物质污染的危害，由此他们制备了用于检测水污染的微器件，利用电化学检测方法对水体中的氮、重金属离子等进行了检测。针对这种器件，他们同时开发了基于收缩聚合物的金属微电极阵列用于痕量金属离子的检测，并取得了很好的检测结果。他们提出的微器件为微纳领域水体检测提供了很好的思路。 7 、 Daniel Beysens ： Passive dew collection using edge effects and/or microchannels （国防科技大学卢坤整理） Daniel Beysens 教授是国际露水利用组织的创始人兼总裁，巴黎高等师范学院研究部名誉主任。 Daniel Beysens 教授的主要研究方向是大气中采集纯净水的相变研究，他和他的研究团队进行了一系列的水蒸气结露实验和气液相变理论研究。从他担任可替代能源和原子能委员会主席时， Daniel Beysens 便开始了该方向的研究。目前， Daniel Beysens 在国际期刊（ PHYSICAL REVIEW LETTERS 、 Journal of Cleaner Production 、 Journal of Arid Environments 、 Journal of Water Supply 等）上发表了 450 多篇论文，并出版了 12 本著作。他在物理和环境科学领域多次获奖，并荣获法国教育部学术骑士勋章。 在本次报告中， Daniel Beysens 为我们介绍了其研究团队利用边缘效应从大气中高效凝聚露水，从而实现水收集的最新进展。在报告开头， Daniel Beysens 首先讲述了人类生存和发展面临的严峻问题，即全球目前仍有很多地区处于严重缺水状态，许多人的生活饮用水得不到保障。而露珠水，是大气中的水蒸气经过冷却凝结而成，可以收集起来作为人类的纯净水资源。 但是通过重力作用来收集大气凝结露水的小水滴仍是一个巨大的挑战。这主要是因为露水的小水滴即使是凝结在斜面上，其的重力也无法克服水滴与斜面之间的粘附力。为了解决该问题，主要有两种不同的策略。第一种方法是制作非常光滑的表面结构，使水滴与斜面直接的粘附力很小；第二种方法是利用边缘效应，使水滴的生长更快，然后从斜面上分离的更快，就如天然的雨刷一样。同时边缘效应也能增强液滴之间的凝聚，产生大的液滴而快速分离。第一种方法存在着明显的缺陷，即在户外环境中高质量的光滑表面容易被污染，该方法难以长时间采集露水。 Daniel Beysens 的报告介绍了他们采用边缘效应实现露水的高效和可靠收集。 Daniel Beysens 团队制造了亚毫米级的沟槽结构来实现边缘效应，通过高分辨率相机来观察对比不同时刻的露水收集情况，其实验结构原理如图 1 所示。在同样的实验条件下，对比了光滑表面和沟槽表面露水凝结情况，沟槽表面的液滴随着时间增加而逐渐凝聚脱落，而光滑表面的液滴凝聚速度慢且难以脱落。进一步分析了沟槽表面结构的边缘效应，并记录了液滴凝聚脱落过程。 Daniel Beysens 团队基于该方案制定了露水收集方案，设计了单斜面、 V 形和剪纸结构的露水收集系统，实验表明剪纸结构的收集系统露水采集效率最高。该结构制作方法如下：首先制作小片的沟槽结构，再通过拼接装配制作成型的剪纸结构。 Daniel Beysens 团队的研究成果对于解决水资源缺乏具有十分重要的意义。 8 、 Xinxin Li ： Lab on Cantilever （国防科技大学王天然整理） 李昕欣教授分别从清华大学和复旦大学获得本科 / 硕士和博士学位后，在香港科技大学担任研究员，在结束新加坡南阳理工大学研究员一职后，在日本东北大学担任讲师（ COE 奖学金）。在 2001 年之后，历任中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、博士生导师、传感技术国家重点实验室主任。另外，他还在复旦大学、上海交通大学、大连理工大学、上海科技大学和苏州大学担任兼职教授。并于 2007 年被授予国家杰出青年科学基金。在他的指导下，他的博士学生学位论文于 2009 年被评为全国优秀博士学位论文（ “ 全国百篇 ” ）。李教授的研究方向包含了微米 / 纳米传感器以及微机电系统和纳机电系统。发明了 100 多项专利， 200 多篇 SCI 期刊论文和 200 多篇顶级国际会议论文。他曾担任 IEEE MEMS 会议的技术委员会委员，并在 International Steering Committee 担任指导委员会成员。现在，他是 NPG journal of Microsystems and Nanoengineering 的编辑，同时是 Micromechanics and Microengineering 以及 Nature - Scientific reports 的编辑成员。 本次报告中，李昕欣教授介绍了其研究小组开发的谐振微悬臂梁。其中其谐振激励和频率读出元件集成在悬臂上。除了作为高灵敏的生化传感器之外，悬臂梁还作为科学表征工具得到了进一步的发展，用以定量提取界面分子间相互作用的热力学 / 动力学参数。李教授课题组利用所提出的研究的实验路线，实时记录了反应过程中涉及的分子数，并且在基于经典的物理化学方程中获得了一系列的物理化学参数。 在本次报告中，李教授的演讲涵盖了研究方法、技术细节等，并以此为基础提出了其多种重要的应用方向，如对纳米材料的吸附行为以及适体 - 配体结合等生物分子反应进行深入研究等。其提出的方法能够极大地揭示反应的性质，以此对反应以及相关纳米材料的优化设计提供指导。 9 、 Tarik Bourouina ： On-Chip Optical Spectroscopy: In Situ and Ex situ monitoring of chemical processes （浙江大学李东升整理） Tarik Bourouina 于 1991 年获得光电子学博士学位，曾在法国和日本担任过多个职位。 1995 年他在法国巴黎南澳赛大学国家科学研究中心工作， 1998 年到 2001 年在东京大学工作。自 2002 年起，他担任巴黎东部大学 ESIEE 的正教授。他曾在 2003 年至 2007 年期间担任巴黎 ESIEE 和 NTU MEMS 工程领域联合硕士双学位主任。他的整个职业生涯都致力于 MEMS 和片上实验室并在光学 MEMS 方面做出了多项贡献，其中最小的基于 MEMS 的 FTIR 光学光谱仪于 2014 年被授予 Prism 光子学创新奖。 2017 年，他作为长春光学精密机械与物理研究所客座科学家获得中国科学院院长研究基金。他目前的研究方向包括基础微光学，也在可持续环境和智能城市领域寻求应用。 本次报告， Tarik Bourouina 教授特别为我们介绍了他们团队在光学式气体传感器应用方面方面的的诸多内容内容以及微机电系统实验室。他在会上首先展示了他们对于巴黎市内直径为 30km 的空气质量仿真，然后提出了下一代智能设备对于气体传感器的迫切需求以及光学式气体传感器的诸多优点。 Tarik Bourouina 教授在会上用视频的形式展示了他们的第一代和第二代气体传感芯片，通过将手机闪光灯作为光源，光学气体芯片成功实现了对于咖啡因的鉴别，而且与现存的传感器相比，会上展示的传感器非常小型化，成本更低。最后， Tarik Bourouina 教授展示了他们的气体传感器在农业、智能家居、空气质量分析中的应用。总而言之， Bourouina 教授的报告让我们受益匪浅。 10 、 Tian-Ling Ren ： Wearable Micro Devices for Healthcare （电子科技大学邓海涛整理） 任天令教授，清华大学信息科学技术学院副院长，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，清华大学环境与健康传感技术研究中心副主任。任教授团队主要研究方向为智能微纳电子器件、芯片与系统，包括：智能传感器与智能集成系统，二维纳电子器件与芯片，柔性、可穿戴器件与系统，智能信息器件与系统技术等。 此次会议，任教授的报告主题 “Wearable Devices for Healthcare” ，即 “ 穿戴式医疗健康设备 ” 。随着全球人口老龄化问题日趋严峻，可穿戴电子产品和移动医疗传感器成为了电子领域的研究热点之一。虽然传统的 MEMS 生理信号监测装置取得了可观的成果，但仍然存在着一些挑战，如传统的刚性问题、低的生物兼容性、加工复杂以及成本高等。近年来，任教授团队致力于研究突破传统器件限制的新型微纳电子器件，为新一代微纳电子器件技术奠定基础，尤其关注石墨烯传感器的基础研究与应用探索。 石墨烯作为一种极具发展前景的二维材料，在可穿戴电子领域有着广泛的应用前景。由于其非凡的机械、电气和光学特性以及优异的柔性和伸缩性，使得石墨烯基电子产品可用以监测人体的医疗信息。目前，基于化学气相沉积 (CVD) 生长的石墨烯的器件仍然很昂贵而且效率低下，限制了石墨烯基电子产品的大规模应用。不同于高成本、工序复杂的 CVD 技术，任教授介绍了一种大面积、低成本、可直接图案化的快速合成石墨烯的方法 —— 一步激光划线技术（ One-step laser scribing technique ）。 基于激光划线技术，任教授团队在新型石墨烯声学器件和各类传感器件方面获得了多项重要创新成果，如石墨烯耳机、智能石墨烯人工喉、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件等。到目前为止，任教授团队研究的激光划线已被用于开发整个系统，包括制备、图案化、设备、系统集成。 此外，基于激光划线技术，任教授团队将石墨烯与纹身相结合，模仿电子皮肤的功能，制成了石墨烯电子皮肤，通过电阻变化对皮肤表面的微小形变进行监测。在图形化的过程中，任教授团队在国际上首创了湿法剥离氧化石墨烯的新工艺，去除石墨烯氧化物，只留存石墨烯，使得器件更加美观，灵敏度更高，耐受更高的温度。该项技术采用水转工艺，衬底超薄，没有穿戴不适感。由于激光直写可编程的优势，石墨烯的图案可以进行个性化设计。 除了表征皮肤表面的拉伸与压缩，该器件可以直接贴覆在皮肤上而不会对人体日常生活产生任何干扰，用于探测人体呼吸、脉搏等多重功能。由此可见，石墨烯基电子产品未来在运动监测、睡眠监测、生物医疗等方面具有重大应用前景。 三、 MINE 2019 国际会议之青年科学家奖 自从 2017 年以来， MINE 国际会议增设了颇具特色的 “ 微纳江湖擂台赛 ”—— 青年科学家论坛，今年是第三届，共有 18 位来自世界各地的青年科学家登台展示自己的最新成果，最终评出了青年科学家奖 6 名， 他们分别是来自上海交通大学的杨睿、中山大学的谢曦、加利福尼亚大学洛杉矶分校的郑小雨、伦敦大学的徐杨、香港大学的岑浩樟和厦门大学的侯旭，中国科学院的鲍容容获得大会特别奖 。 这里集中展示这六位获奖者的精彩报告。 “ 青年科学家奖 ” 获奖者与评审委员会合影 1 、 Anderson Shum ： Precision Droplet Biomicrofluidics （北京大学王浩彬整理） 岑浩璋是香港大学机械工程系副教授。本科毕业于普林斯顿大学化学工程系，博士毕业于美国哈佛大学应用物理系。岑浩璋教授于 2017 年入选英国皇家化学学会会士 (RSC Fellow) 。岑浩璋教授主要从事液滴微流控和软物质方面的研究，致力于研究和开发具有独特性质的微液滴以满足材料领域和生物医学领域等应用层面的需求。岑浩璋教授已在国际著名期刊发表 SCI 论文 100 多篇，通讯 / 一作论文发表在 JACS, Angew. Chem., Nat. Commun., PNAS 等期刊，入选 2018 年 ESI 高被引学者 (Top 1%) 。岑浩璋教授现担任微流控领域著名期刊 Lab on a Chip 的顾问编委，以及期刊 Biomicrofluidics 的副主编。岑浩璋教授先后荣获 IEEE NanoMed 发明家奖 （ 2018 ），日内瓦国家发明展银奖（ 2018 、 2019 ），香港大学杰出青年科学家奖（ 2016-17 ）等多项荣誉。岑浩璋教授开展的项目包括国家自然科学基金，香港研资局优配研究基金计划 (GRF) 、杰出青年学者计划 (ECS) ，创新及科技基金计划 (ITF) 以及粤港科技合作资助计划等。 本次大赛 Anderson Shum 教授介绍了用于液滴精确产生和控制的生物微流道研究的相关工作。器件的小型化使得引导微量流体流动的新方法成为可能，从而催生出多种不同的定性执行分析性化学和生物医疗诊断的方法。从微米级到纳米级的样品体积减小，提高了血液等单相溶液的检测通量和精确度。最近，将液体分离成液滴，并将体积进一步从纳米尺度减小到皮米量级，为检测和分析单个分子和单个细胞（例如病毒感染的细胞）创造了新的机会。 在本次演讲中， Anderson Shum 突出介绍将将液体转换成微小液体的工程及相关潜在的应用。特别是，他介绍了一种无油，全水性液滴系统，该系统提供支持易降解生物分子所需的生物和细胞兼容性，以及允许模拟生物细胞的物理特性。此外，他还阐明了一些物理化学原理，这些原理能够操纵生物医学应用的液 - 液界面。 最后， Anderson Shum 展示了用于分离和收集含有目标单细胞的液滴微流体系统，该系统在业内首次采用温和操作法检索单细胞，促进片下单细胞培养和基因组分析，这对下一代精密医学研究和应用至关重要。 2 、 Xi Xie ： Micro/nano-devices for Biomedical Applications （北京航空航天大学董再再整理） 谢曦，中山大学电子与信息工程学院教授，博士生导师。本科毕业于中山大学，博士毕业于美国斯坦福大学，随后在美国麻省理工学院 Langer 和 Anderson 教授实验室从事博士后研究工作。目前为生物电子平台的带头人，同时为中山大学附属第一医院的双聘教授。谢曦教授致力于开发新型微纳器件，以解决生物医学领域药物释放治疗和生物检测传感的难题。近年来，在微纳生物器件、穿戴 / 植入式诊疗器件等方面发表了 40 多篇国际著名期刊，通讯 / 一作论文发表在 Nature Nanotechnology, Nature Biomedical Engineering, ACS Nano ， Nano Letters 等期刊。谢曦教授开展的项目包括国家自然科学基金，中国广州科技计划等。 此次 MINE 会议，谢曦教授作为青年科学家，从体外，皮肤和体内三个方面，向我们介绍了微纳米器件在生物医学领域的应用。在体外细胞水平上，谢曦教授开发的纳米器件可以安全地穿透细胞膜，实现对细胞内物质的调节和传感；在皮肤水平上，谢曦教授开发了透皮治疗系统，实现了对疾病进行精确原位检测和治疗；在体内水平上，谢曦教授创造性地开发了生物安全植入式诊断治疗系统，实现了对体内疾病的安全调节和传感。其中，着重介绍了透皮治疗系统。其利用中空的微针阵列，向细胞内递送探针，可以实现细胞内疾病标志物的检测。此外，还能用于药物递送，分别实现了神经痛，高血压和黑色素瘤的安全有效的治疗。谢曦教授的工作在促进生物医学传感检测和生物医学治疗新工具的开发方面具有很大的前景，对生物电子学领域至关重要。 3 、 Xiaoyu （ Rayne ） Zheng ： Achieving More with Less: Additive Manufacturing of 3D Micro/Nano Architected Materials and Systems （中北大学陈茜整理） 郑小雨是来自美国加州大学洛杉矶分校，（曾就职弗吉尼亚理工学院）的郑小雨教授（网页： https://www.raynexzheng.com ) 从事先进增材制造，超材料和微机电系统的设计开发。曾先荣获美国空军基础科学部 （ AFOSR Young Investigator AWARD ）年轻教授奖和海军研究部的年轻教授奖 (ONR Young Investigator AWARD) ， DARPA Young Faculty Award ，增材制造年轻科学家奖 和 3M 公司教授奖。其研究发表于 Science, Nature Materials, Advanced Materials, Advanced Functional Materials 等期刊。郑小雨博士毕业于波士顿大学，曾在劳伦斯利福莫尔担任博士后和研究工程师。通过构建多尺度 3D 微架构和组合，创建了材料缩放法则，可以使压电材料的形状和尺寸不再受限制，同时还可以被 “ 激活 ” 作为新一代智能材料用于触觉感知、冲击和振动监测以及能量收集等。 一般情况下材料特性取决于其化学成分和固有的晶体结构，由脆性晶体和陶瓷制成的压电材料只有若干特定形状，这从根本上限制了材料特性及其适用性，为选择应用材料创造了权衡。例如，很少有固体材料比水轻得多。为了将密度降低到这一点以上，材料必须具有孔隙率，这是以其他所需性能的不成比例降低为代价的。郑小雨及实验室成员开发了一个模型，能帮助压电材料任意调整和设计压电常数，并通过一组 3D 打印的拓扑结构，使材料能在任何方向的外力和振动作用下产生电荷运动。设计方案正来源于利用压电效应产生的晶格原理并打破晶格的局限性，通过三维几何构型在二维投影面的投影的分布，巧妙的设计出在各个方向具有不同压电输出的人工压感结构。与传统压电材料不同，用新方法制造的压电材料的电荷运动并非是由固有晶体决定的，而可以在任何方向上被放大、反转或减弱。 研究了一套可扩展的添加剂微纳制造技术，以便快速制造精确的多尺度三维架构，将超材料扩展到大面积，多尺度领域，开发出了大面积增材制造的多层级尺度金属超材料，将尺度范围扩大到七个数量级，同时涵盖百万个微纳米单元。研究从制造和设计带来的新自由度释放的巨大新房产空间，包括快速重新定制具有量身定制的结构和多功能行为的材料。 报告最后讨论了一系列新应用：从无装配能量转换装置到具有时间和空间分辨自感应能力的智能材料，基础设施和传感器系统。 4 、 Xu Hou ： Micro/Nanoscale Pore/Channel Systems （电子科技大学刘盾整理） 侯旭教授是厦门大学化学化工学院和物理科学与技术学院的双聘教授，现为国家重点研发计划首席科学家、固体表面物理化学国家重点实验室青年委员会会长。从事微 / 纳尺度孔道系统的研究 10 余年，出版了 2 本国际学术著作，并以第一及通讯作者在国际顶级学术期刊如 Nature, Nature Reviews Materials, Science Advances, iScience 等上发表论文 30 余篇。曾获全国胶体与界面化学优秀成果一等奖和中国科学院院长优秀奖，并入选中国科学院优秀博士学位论文。 2014 年，获美国哈佛大学博士后事业发展奖和入选美国化学会 SciFinder 化学领域未来领袖； 2018 年，获得中国化学会青年化学奖。 2019 年，他在全球最具权威性的化学组织 “ 国际纯粹与应用化学联合会 ” 成立 100 周年，遴选代表中国成为国际纯粹与应用化学联合会青年化学家元素周期表中第 100 号元素的代言人，其研究方向代表化学学科在下一个百年的发展方向之一，体现国际纯粹与应用化学联合会的使命与核心价值观。 侯旭教授介绍了微 / 纳米尺度的孔道系统，特别是基于响应性液体门控的微米孔道系统和仿生智能纳米通道系统的原创研究工作。 “ 孔道 ” 无处不在，与我们密切相关。从微小的生物离子通道到大型石油管道。孔和通道可以通过其直径与长度比的关系来定义区分。如果其直径近似或大于长度，则其视为孔体系，反则为通道体系。目前，微 / 纳米尺度的孔与通道系统已经得到了广泛的研究，并为生物医学、材料科学、膜科学与技术等领域的微 / 纳米技术的新发展带来了全新的机遇。 侯旭教授团队在微纳尺度的多相界面科学方向开展了系统深入的独立研究，并取得了突破性研究成果。建立了响应性液体门控系统，该系统突破传统固 / 液界面设计的限制，应用全新的动态固 / 液 / 液界面设计制备了 “ 液态门 ” 多孔膜系统。同时也在生物动态通道的启发下，开发了智能人工动态纳米通道系统，可以实现动态离子传输性质形状曲率调控，可以进一步推广到其他更复杂的功能通道材料的开发新颖的仿生纳米通道的智能机器。 在微纳米尺度的生物通道作为生命体精细结构的一种，调控通过细胞膜的物质输运行为，保障生命体的正常生命活动，因此关于生物微纳米通道的研究对于人类解密生命体内部活动机制具有十分重要的意义。 侯旭教授团队设计了一种通过使用通道曲率的动态变化来实时调节离子整流从而调节纳米通道中的离子传输的新方法，用以探究生物纳米通道的几何动态变形对物质输运的影响。碳纳米管与柔性聚合物构筑的柔性纳米通道膜，赋予了人工纳米通道动态的形状变化和固定通道尺寸以控制离子传输。目前，人工纳米通道主要通过静态的方法在纳米通道内表面修饰功能性分子，以实现刺激响应层。因此，那些静态纳米通道中的离子传输调节机制是调节其有效的通道尺寸。最新报道的电流动态可调的纳米孔或纳米通道仍然是通过表面修饰来控制有效孔径来实现调节离子电流的目的。所以，如何赋予人工纳米通道动态的形状变化和固定通道尺寸以控制离子传输仍然是一项具有挑战性的任务。目前的动态纳米通道制备方法由于材料的选择和纳尺度空间阻塞的问题，限制了其几乎不能同时兼顾柔性和纳米尺寸。尽管弹性体纳米通道可调节，但是这些纳米通道的尺寸是离子尺寸的三个数量级以上，并且没有涉及轴向变形。侯旭教授团队首次展示了一种新型动态的曲率纳米通道高分子复合膜材料，其具有反常的离子传输行为和时时可调的离子整流效应，与内表面修饰纳米通道方法相比具有不同的调节机制。动态曲率纳米通道膜材料可以通过利用通道曲率的动态变形来控制离子传输，而不是改变有效通道尺寸。在柔性的纳流控体系、离子整流器和纳米发电机等领域具有重要的应用前景。目前对动态纳米通道的研究尚处于起步阶段，但是基于动态曲率纳米通道的膜材料可以作为模拟高度弯曲的纳米空间中不同生物离子传输过程的新型平台，并在可穿戴纳米流体装置领域具有潜在的应用价值。该成果可进一步延伸到更多离子 / 分子类型用于设计各种纳米原型机，包括纳米发电机、速度传感器和振动逆变器。 5 、 Rui Yang ： 2D Semiconductors based NEMS for Energy-Efficient Sensing Computing 杨睿，上海交通大学密西根学院助理教授（ Tenure-Track Assistant Professor ），博士生导师。本科毕业于天津大学，博士毕业于美国凯斯西储大学 Philip Feng 教授课题组。此后在美国斯坦福大学 Philip Wong 和 Jonathan Fan 教授课题组从事博士后研究工作。 2018 年加入交大密西根学院，主要研究方向包括忆阻器、纳米机电系统、二维器件等。杨睿教授已经发表期刊论文 21 篇，其中 9 篇第一作者文章包括 Nature Electronics 、 Nano Letters 、 Advanced Materials 、 Nanoscale 等高水平论文。此外，发表国际会议文章 19 篇，其中 11 篇第一作者文章包括 IEEE IEDM ， IEEE MEMS 等。杨睿教授现任 SCI 期刊《 Micro Nano Letters 》的 Associate Editor ，以及 SCI 期刊《 Nanotechnology 》的 Reviews Editor 。入选上海市 “ 科技创新行动计划 ” 青年科技英才扬帆计划，并获得凯斯西储大学 Ruth Barber Moon 奖。 来自上海交通大学的杨睿教授介绍了基于二维半导体材料的纳米器件和系统，可用于高能效的传感和计算。首先，杨睿教授介绍了他在基于二维材料的纳米机电器件方面的工作。由悬空的二维半导体材料形成的纳米机电谐振器具有极低的功耗，极高的频率可调性，极高的灵敏性等优异的特性，非常适合于物联网等应用。杨睿教授对这些二维谐振器进行了干法制备，并开发了电学读取的方法测量了其极微小的谐振。其次，对二维谐振器频率的调节程度取决于二维材料的应变极限等性质。杨睿教授通过将二维二硫化钼晶体转移到 PDMS 基底上，并使用吹气膨胀的方法使 PDMS 弯曲，从而在二硫化钼上施加了很大的应变，同时测量了材料光学特性随应变的调节特性，直到二硫化钼最终断裂。并且，杨睿教授在柔性 PDMS 基底表面的微沟道上制备了悬空的二硫化钼，在基底受到极大弯曲的情况下器件还可以正常工作。最后，杨睿教授介绍了将单层二硫化钼晶体管与忆阻器相结合，形成三态内容可寻址存储器的工作，这是首次使用二维半导体制成的晶体管对氧化铪忆阻器进行选择和驱动。这一存储器在输入信号与所存数据匹配和不匹配的状态下的电阻比值非常大，适合于进行低能耗的大规模搜索和模式匹配的应用，有望在下一代的边缘计算等应用中发挥重要作用。 6 、 Yang Xu ： Multi-Scale Nanoengineering to Enhance Nanoionics in Energy Storage Materials 徐杨，英国伦敦大学学院（ University College London ）化学系助理教授（ Assistant Professor ），博士生导师。本科和博士均毕业于中国科学技术大学，师从谢毅院士。博士毕业后，先后在美国波士顿学院（ Boston College ）和加拿大阿尔伯塔大学（ University of Alberta ）从事博士后研究工作。随后在德国伊尔梅瑙工业大学（ Technische Universitauml;t Ilmenau ）担任高级研究员并带领科研小组开展研究工作。徐杨教授多年来致力于开发用于新能源存储和转化的材料和器件，重点通过纳米材料工程提高新型二次钠离子电池和钾离子电池的性能。近年来在新型电池材料和电极构造等方面发表了近 50 篇国际期刊论文（影响因子 26 ），其中包括 24 篇通讯 / 一作论文。论文发表在 J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Energy Mater., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Mater. Today, Nano Today 等国际著名期刊上。徐杨教授在近 20 个国内 / 国际会议及科研院校上口头报告，担任多个 SCI 期刊审稿人，并被英国皇家化学学会旗下 Inorganic Chemistry Frontier 杂志评为 2016 年优秀审稿人。 来自英国大学学院化学系的徐杨教授重点介绍了如何利用不同尺度下的纳米工程来调控能源材料中的离子传输，进而提高新型二次离子电池的性能。首先，徐杨教授介绍了发展新型二次离子电池的重要性，他强调钠离子电池和钾离子电池作为低成本电池作为未来动力电池和在大型储能领域有着明显的优势。这些优势基于钠和钾元素在地壳中的高丰度、与锂离子电池化学的高相似度、以及直接利用锂离子电池工业基础设施的便利。目前，发展钠离子和钾离子电池面临的挑战集中在钠离子和钾离子较大的尺寸上，大尺寸给离子在电极材料中的扩散传输产生了巨大的阻力，严重影响电池的动力学性能。针对这一挑战，徐杨教授详细阐述了如何利用在不同尺度下的纳米材料工程来改善大尺寸离子的传输，进而提高钠离子和钾离子电池的性能。首先，在原子尺度下，徐杨教授发展了多种材料合成方案，成功地获得了不同类型的原子缺陷（氧原子缺陷、碳原子缺陷、硫原子缺陷）。这些缺陷既可以实现更多的离子嵌入位点，又为离子传输提供阻力较小的通道，同时还增加了离子在材料表面的存储，因为电池的容量和倍率同时得到了提高。其次，在分子尺度下，徐杨教授基于材料晶体结构的本征特性，开发了一系列具有一维扩散孔道、二维扩散平面、三维扩散网络的材料。这些扩散特征结构可以有效降低离子扩散阻力，改善离子扩散动力学过程，使得这一系列材料首次被应用于钠离子和钾离子电池。接着，在电极单元尺度下，徐杨教授创造性地提出了利用高度有序阵列结构作为电极结构这一概念。这种阵列结构的单元具有高度垂直取向性，集流器直接连接在电极基底上，可以同时提供较高的离子传输和电子传输效率，并有效保证电极结构在电池长期循环中的稳定性。同时，由于高度有序阵列电极不需要任何导电添加剂和粘合剂，这一概念极大地提高了电极材料的利用率。值得一提的是，徐杨教授利用普鲁士蓝正极和碳负极首次获得了低成本和环境友好的钾离子全电池。该全电池可以提供 130 Wh kg-1 电流密度，这一成果体现了钾离子电池的潜力，并为其未来的发展提供了一个良好的起点。 四、 MINE 2019 国际会议之优秀学生海报 MINE2019 国际会议共有 62 位研究生参加海报展示，由中科院苏州纳米所张珽教授担任主席的优秀海报奖评委会开展了认真细致的评审工作，评出了 北京大学 任中阳等 10 位 “ 最佳学生海报奖 ”， 这里对其中四位优秀海报进行详细报道。 “ 最佳学生海报 ” 获奖者与评审委员会合影 1 、 Baini Li ： Au 纳米棒应用于表面增强拉曼散射检测甲基苯丙胺（北京大学任中阳整理） 由于具有无标记，高灵敏度，快速和现场检测能力的优点，表面增强拉曼散射已被证明是一种非常有前景的生物和化学传感技术。通过斜角沉积工艺制备的 Ag 纳米棒已经进行了大量研究。然而， Ag 具有化学活性，在大气环境下易于氧化且测试性能不够稳定。相比之下， Au 具有极强的化学稳定性和生物兼容性，可以应用于多个领域进行物质检测。因此，对于 Au 纳米棒的制备工艺和 Au 纳米棒在表面增强拉曼散射应用的探究是非常重要的。 在这样的基础上，来自国防科技大学的的 Peitao Don 教授课题组介绍了题为 “ 基于金纳米棒的表面增强拉曼散射检测甲基苯丙胺传感器 ” 的工作。如图所示，该篇工作采用斜角沉积工艺制备了 Au 纳米棒，斜角沉积工艺具有工艺简单，成本低，有效且无掩模等优点，是一项长径比可控且适合大规模生产，可以提供制造均匀和可重复纳米棒的可靠纳米形貌制造技术。制备的 Au 纳米棒可以作为表面增强拉曼散射的基底，通过滴落法进行化学检测。目标化学试剂的内在 “ 指纹 ” 拉曼光谱可以通过便携式拉曼示波器获得，用于现场检测。同时，文章详细研究了 Au 纳米棒的模拟，制备和应用。并有效调控了沉积角，沉积角为 86° 时可以获得最佳的表面增强拉曼散射的性能。 该篇工作对详细研究了 Au 纳米棒的模拟，制备和应用。沉积角为 86° ，长度为 800nm ，沉积速率为 2Aring; / s ，可以获得最佳的表面拉曼散射性能。双酚 A 聚氧乙烯醚的最小可检测浓度低至 10-11M 。甲基苯丙胺的最小可检测浓度达到 10-7M ，符合现场快速检测的要求。 2 、 Wei Dong ：用于智能无声语音识别和人机界面的微细表面肌电信号的电子系统（电子科技大学陈英兰整理） 表面肌电信号（ Surface electromyography ， sEMG) 是肌肉收缩时伴随的电信号，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。人在说话的时候下颌肌肉产生的表面肌电信号包含相应的语音信息。通过说话时下颌的表面肌电信号的检测与分析，从而获取相应的语音信息，在无声技术识别和健康监测中具有重要的应用价值。对表面肌电信号依赖于检测技术与装置。 在以上背景下，苏州大学的 Hongmiao Zhang 课题组 Wei Dong 介绍了题目为 “ 用于智能无声语音识别和人机界面的微细表面肌电信号的电子系统 ” 的工作。下图 2 展示了智能无声语音识别微细表面肌电信号提取装置的结构及加工步骤。该篇工作采用微细加工工艺，制备了纹身样式不易察觉的器件，该器件由金属 Cu 作为铜电极， PI 作为绝缘材料同时增加铜导线的机械特性，最后用透明的、超柔超薄的无菌伤口敷贴封装整个器件。 所研制的肌电信号提取装置，需要安装于下颌肌表面，即喉咙部位。该装置裸露的铜电极需要与皮肤表面紧密贴合才能确保高效高质地提取到肌表面电信号，利用无菌伤口敷贴对皮肤高黏度性可以实现这种效果。肌电信号提取装置提取出来的电压信号需要经过模拟放大、包络检波等处理，然后再进行语音识别。实验表明对语音识别系统进行学习训练后，该系统对静音语音的识别准确度达 70% 以上。在静音说话的情况下，提取下颌肌表面肌电信号，然后识别语音信号，然后将控制信息通过蓝牙传输给智能小车，实现了对对智能小车的行驶方向的语音控制。 该篇工作提出了一种不易察觉的表皮肌电信号纹身样贴片，用于监测面部肌肉和下颌肌肉产生的肌电信号。该贴片具有良好的柔韧性和黏度，以适应应变的识别和健康监测。这个贴片具有了在参与者安静说话时对三个肌肉通道的肌电信号进行重新编码的出色性能，在无声技术识别、智能控制、健康监测等领域具有应用潜质。 3 、 Zhongyang Ren ：具有微纳结构的光能和机械能复合能量采集器件（电子科技大学刘欣整理） 如今，世界人口的增长和社会、经济和科技等方面的进步离不开越来越多地使用天然气、煤、石油和化学电池等。传统化石燃料的储量有限及其造成的全球环境影响促使研究人员积极寻找可再生和可持续的清洁能源。开发有效的可再生清洁能源有利于解决能源危机和温室效应，促进人类社会的可持续发展。近年来，微能源技术越来越受到人们的关注。进一步地，单一的微能源采集器件的输出性能较低，除了探索提高其输出性能外，将两种或两种以上的微能源采集器件有效地耦合则是另一种思路，这有利于微能源技术的应用。 在这样的基础上，来自北京大学的 Haixia Zhang 教授课题组介绍了题为 “ 具有微纳结构的光能和机械能复合能量采集器件 ” 的工作。如图所示，该篇工作提出了一种可以同时收集太阳能和机械能的复合能量采集器件。首先，基于微纳米结构的有序纹理制备了微 / 纳米结构 -PDMS 薄膜。它可以用作有机太阳能电池的捕获结构，以提高功率转换效率。类似地，当微 / 纳米结构 -PDMS 膜用作单电极纳米摩擦发电机介电层时，纳米摩擦发电机输出性能得到增强。最后，将有机太阳能电池和具有微 / 纳米结构 -PDMS 薄膜的纳米摩擦发电机串联使用以制备复合能量采集器件，以解决单一能量形式的获取问题，并在独立器件的基础上提高输出性能。同时，这篇工作详细研究了复合能量采集器件的输出性能。 该篇工作将有机太阳能电池和纳米摩擦发电机结合制备出可以同时收集光能和机械能的复合能量采集器件，将微纳复合结构应用于太阳能电池的光捕获中，同时微纳复合结构提高了纳米摩擦发电机的输出。实验结果表明，与参考器件相比，光电转换效率提高了 10% ，纳米摩擦发电机的输出电压 / 电流增加 100% 。 4 、 Lianhui Li ：一种针对柔性可穿戴电子的超疏水智能涂层（国防科技大学李白泥整理） 超疏水表面已显示出在防水、自清洁、减阻、选择性吸收等方面的多种应用。为了使材料表面具有超疏水性，通常需要对表面微形貌或表面自由能进行调整，例如通过施加外力、光刻、机械装配或者化学气相沉积。形成超疏水表面的最简便和普遍适用的方法是涂覆。然而，目前尚未报道具有柔性和可穿戴传感电子器件的多种功能的超疏水智能涂层。 基于此，苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽老师课题组通过喷涂多壁碳纳米管，使其分散在热塑性弹性体溶液中，然后用乙醇处理，制备高度柔韧的多功能智能涂层，工艺流程如图 1 所示。本文报道了一种新型超疏水压阻涂层，该涂层具有较高的柔韧性，适用于各种基材。采用多壁碳纳米管喷涂法制备了薄膜（ MWCNTs ）分散在热塑性弹性体（ TPE ）溶液中，然后用乙醇处理。在超弹性绝缘 TPE 基体中引入具有高本征导电性、一维、高长径比和优异力学性能的 MWCNTs ，不仅可以诱导出微 / 纳米结构的超疏水表面，而且还可以使材料具有良好的力学性能。 该工作为了解释 MWCNT/TPE 涂膜疏水性转变的主要机理，采用扫描电镜对不同处理时间的 MWCNT/TPE 涂膜在乙醇中的表面微观形貌进行了 SEM 表征，如图 1 （ c-e ）所示。对于未用乙醇处理的 MWCNT/TPE 薄膜，大多数 MWCNTs 都被 TPE 聚合物包裹。此外，薄膜表面还存在大量微米级的坑状特征。对于经乙醇处理 1min 的 MWCNT/TPE 膜，绝对乙醇部分溶解了 TPE ，并在 MWCNTs （ TPE 包裹）之间引入气隙。处理时间较长， 2 分钟以上乙醇溶解 TPE 后，薄膜表面形成网状结构，具有许多类似点的特征。 该工作所制备的涂层不仅赋予各种基材材料超疏水表面，还可以对拉伸、弯曲和扭转作出响应，这对于柔性传感器应用是有利的。涂层显示出卓越的灵敏度（应变系数 5.4-80 ），高分辨率（弯曲 1° ），快速响应时间（ 8 ms ）， 5000 次拉伸 - 放松循环的稳定响应，以及宽感应范围（拉伸：超过 76% ；弯曲： 0°-140° ；扭转： 0-350rad m-1 ）。此外，该多功能涂层厚度仅为 1μm ，可直接应用于服装，实现人体运动的全方位和实时检测，同时对水、酸和碱具有极强的排斥性，有助于传感器在潮湿环境下工作和腐蚀性条件。 最后，通过制作用于人体运动检测的可穿戴多功能传感器，展示了超疏水智能 MWCNT/TPE 涂层的实用价值，该传感器广泛应用于个人医疗和人机界面。通过在手套上涂上多功能涂层，可以很容易地制作出智能手套 MWCNT/TPE 薄膜 ( 如图 3 所示 ) 。当食指慢慢地反复弯曲和放松时，其归一化相对电阻呈逐渐周期性同步增减的趋势，实现了对食指运动的实时检测。此外，涂层 MWCNT/ tpe 膜传感器的性能不受间歇水滴的影响，因为水滴几乎立即从超疏水表面滚出，说明该传感器可以在潮湿或下雨的条件下工作。同样，将 MWCNT/TPE 智能涂层涂在实验衣袖上，用于肘关节运动的实时监测。不同的相对阻力最大值反映了肘关节的弯曲程度，较大的相对阻力最大值对应较大的弯曲角。随着更复杂的结构设计，该可伸缩智能传感器有潜力为人类医疗和其他应用检测额外的物理信号。 使用超疏水实时人体运动检测 MWCNT / TPE-film 传感器：（ a ）每个手指上涂有五个薄膜传感器的乳胶手套的光学照片（ b ）归一化相对电阻随时间的函数。图示戴有涂层手套的食指在不连续的水滴下重复弯曲。（ c ）归一化相对电阻的实时变化。图示穿着实验室工作服的肘关节弯曲运动的光学照片。 五、结语与展望 MINE2019 取得了圆满成功， MINE2020 即将于明年 7 月 7-10 日在北京举行，会议仍然包括如下三个主要部分：大会特邀报告、青年科学家论坛和研究生海报展示，另外 CINN 还会继续为学生提供每人 1000 元的差旅补贴，请大家积极支持和关注、踊跃投稿。 1 、 MINE2020 青年科学家奖提名须知 Nominated by senior scientists or self-nomination Under 40 years old (Born on or after Jan. 1st 1980) + Received Ph.D Degree within 7 years(After Jan.1st 2013) Scientific Contributions (up to 600 words): major work in microsystems nanoengineering fields in last 5 years Brief Outlook and Research Plan (up to 400 words) Maximum 5 representative publications or patents Deadline for nomination: March 31st , 2020 Email to mine@mail.ie.ac.cn Highly Encourage Female candidates to apply ！ 2 、研究生海报主要议题： 1) New Physics, Mechanics, Simulation and Modelling of Micro-Nano systems. 2) New Materials, Structures and Fabrications of Micro-Nano systems. 3) Sensors Actuators in Micro-Nano systems. 4) Micro-Nano Fluidics and Biomedical systems. 5) Flexible Micro-Nano Systems. 6) Energy Harvesting Technology ofMicro-Nano systems. 7) Integrated Hybrid Micro-Nano systems. 8) Advanced Package and Thermal Management Technology in Micro-Nano systems. 9) Micro-Nano Manipulation and Robots. 10) Applications of Micro-Nano systems and other Related. 更多详情请关注： （崔佳鑫，张海霞整理）
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MINE2019微纳擂台赛第三回︱微力破三界·乾坤大挪移
张海霞 2019-7-4 12:09
【题记】上文书说到： 擂台赛第二回合“玩转声光电 · 人工造智能”，擂台赛的这第二回合，正所谓：东北虎智斗陶三立，金枪手挑战唐无情，玉麒麟火拼风清扬，鲍教主江湖唤智能！接下来的第三场“微力破三界·乾坤大挪移”（ Bio Smart System ），与前面不同，这一场看不见刀光剑影，因为大家比拼的是元气和意念，兵器已经小到看不见摸不着，但是威力却是打破固液气三界、控制精神和意志，登场的有五位身怀绝技的青年才俊！ MINE2019 微纳擂台赛第三回︱微力破三界 ·乾坤大挪移 7 月 10 日下午 （ Bio Smart System ） 这第一位登台的青年才俊乃是来自南粤香江太平派的第一青年剑客 -- 岑浩彰，出身美利坚第一名门 -- 佛学院得名师真传，返回香江自立门户于天平山下，以精密操控每一个液滴著称，各种细胞分子在他的手下都乖乖巧巧、实现乾坤大挪移易如反掌，几年来在香江独孤求败，江湖人称“彰无敌”。这次听闻上海滩设擂，应邀北上切磋技艺，现场展示微细到毫厘之内的液滴大挪移（ Precision Droplet Biomicrofluidics ），令人无限期待。 第二位打擂的青年剑客来自东道主上海中科派 — 魏晓玲，他求学于香江中文大学多年，深受中国传统医学的影响，参悟中医针灸多时，研制出一组神秘的神经探针辅以精准扎针的内功，对付各种细胞组织和疑难杂症堪称针到病除，江湖人称“魏一针”，这次魏神医带着新发明的无痛柔性神经探针（ Developing Penetrating Ultra-Flexible Electrodes for in-vivo Neural Interfaces ）前来打擂，有意的各位不妨前来一睹风采。 说起第三位打擂剑客，可能有些意外，这是目前福建江湖豪门南 普陀寺的少掌门 -- 侯旭，自蜀中出道以来，先后在江湖大佬雷神门下练习莲花功夫，后到美利坚佛学院游学超滑神功，海归南普陀之后闭门修炼独门绝技 — 液态门（ Micro/Nanoscale Pore/Channel Systems ），精巧设计让固液气三态自如运转、随心所欲，一时间引起江湖惊呼：此为何方神圣？竟然可以练就如此乾坤大法？因此江湖人送绰号：侯乾坤！ 第四位登擂高手来自鹏城深圳之中科南派，姓杜名学敏，少年机智、敏于学，游离香江多年，擅于模仿自然，研制了独门神器 — 变色龙，不仅仅是能够根据外界环境变换颜色更是可以根据外界的形状收放自如改变自身形状（ Bioinspired Intelligent Soft Actuators ），宛如太极神功，遇强则强、遇弱则弱，化解对手与无形，江湖绰号“杜太极”。这次杜太极带着神秘的变色龙登擂比武，相信大家一定大开眼界。 擂台赛最后出场的是上海滩地主中科派少掌门的大弟子 -- 周志涛，压轴出场一定带有绝技，没错，周志涛手中的兵刃不是别的正式中国的国宝：丝绸！在周大少手中丝绸细若游丝、柔若轻烟，却是可以变换成各种利器（ Silk-based Micro Devices for Biomedical Applications ），微力无处不在、功夫无所不能，令人啧啧称奇！ 擂台赛的这第三回合，正所谓： 彰无敌邂逅魏一针，侯乾坤舞动杜太极， 周少主施展丝绸功，上海滩群雄斗智勇！ 如若各位看官关心谁能胜出，还请移步上海亲赌为快！ 2019年7月8-10日（8:00-18:00） 中科院上海微系统所5号楼3层报告厅 （上海长宁路865号） MINE2019 不见不散！
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MINE2019微纳擂台第二回︱玩转声光电·人工造智能
张海霞 2019-7-3 17:54
【题记】上文书说到： 擂台赛第一回合“兵刃不忌小，暗器最销魂”，贾公子挑战混江龙，青面兽硬抗智多星，跳涧虎遭遇猛武松，谢护法南粤吼天明！接下来的第二场“玩转声光电·人工造智能”（ Self-Powered Smart System ）更是刀光剑影、火星四溅，七位江湖青年才俊各显神通，他们都是谁？且听我慢慢道来！ MINE2019 微纳擂台第二回︱玩转声光电 ·人工造智能 7 月 9 日下午 （ Self-Powered Smart System ） 第一位登场的依然是天下第一大姓派出的高手 -- 张甲，来自东北第一名门道里派，这位看上去斯斯文文的白面书生，其实在江湖上行走多时，凭借炼丹秘方和特质的金丝软甲在人工智能方面早已是鼎鼎大名，加之又到英伦美利坚等地切磋技艺，已经江湖尽人皆知的 东北虎 ，这次带来的是最新利器，特种柔性电子衫（ Flexbible electronics based on two-demensional materials ），究竟有何种为例，擂台见分晓。 微纳江湖有个神奇的陶园三结义，三兄弟分别是今年主持擂台赛的中科派少庄主陶虎、去年擂台赛的探花陶立，还有这位即将出场的老三 -- 陶凯，与两位哥哥一样，陶氏老三也是相貌堂堂、聪明绝顶、义薄云天，外加上风趣幽默，江湖人送外号： 陶三立 ！在南洋派掌门缪大师门下学艺多年，霸榜南洋青年排行榜，几年前海归西北豪门 -- 秦岭派，得到掌门苑大师指点，武功日益精进，此次拿出“以不动致动的原力发电机”（ Electret-based MEMS Vibrational Energy harvesters ）登擂挑战，必将是一场电光火石的大戏。 说来凑巧，微纳江湖不仅有陶园三结义，还有一对著名的徐氏兄弟。这第三位登场的就是其中的弟弟 -- 徐立志，他以点石成金的妙手纵横江湖，人称“ 金枪手 ”，得意之作是在美利坚罗大师门下练就的绝世武功“纳米花” — 任意形状在他的妙手之下瞬间就可以自动变换出不同的花朵，且薄如蝉翼、柔若无骨、任意变换、美轮美奂，乃是江湖一绝，自立门户于香江第一名门 — 太平派之后，他更是把这门功夫升华到了极点，从纳米花演化到声光电控制的智能五脏六腑（ Bio-Inspired Soft Materials and Devices: from Artificial Cartilage to Organ-Mounted Electronics ），让人叹为观止！ 第四位登场打擂的是来自京城中科派的御林军锦衣卫 — 江湖人称“ 玉面判官 -- 唐无情 ”，且说这位唐门之后不仅仅是仪表堂堂、玉树临风，更是多才多艺，早年受教于东西方不败门下，在燕园以“足球场上的梅西”著称，后追随林中王大师，技艺渐进炉火纯青，这次拿出全套自制铠甲挑战群雄，一定是足登“发光青云靴”、身披“健康铁布衫”（ Wearable Physical Monitoring Systems based on TENG ）闪亮登场！各位看官要有思想准备，不要被闪晕啊！ 第五位登场的高手虽然是青年才俊，但是名声早已经威震江湖，他就是来自美利坚弗吉尼亚的“ 玉麒麟” — 郑晓宇 ，追随美利坚第一豪门 -- 麻生门的方大师学艺多年， 2015 年年少成名的他以制备最轻最精巧的纳米材料荣登江湖兵器排行榜前十名，之后自立门户于弗州后更是把这一功力发挥到极致，专门制备各种杀敌于无形的利器，这一次他将在擂台上揭秘配方、展示新武器（ Achieving More with Less: Additive Manufacturing of 3D Micro/Nano Architected Materials and Systems ），且不说是否有敌手，仅仅是这个打擂的主题“以少成多”就足以看出其武功的境界已经绝尘而去。 第六位登场的是徐氏兄弟的老大 — 徐杨，这位练就一身百步穿杨功夫的徐家大哥，早年追随中国第一美女剑客 — 合肥中科大九华山派的谢毅师太，学艺多年，打下深厚功底，下山后，开始游学于美德加英登欧美主流门派，习得一身硬功夫，之后选择自立门户于英伦 — 在首府伦敦大学开门招徒，主要练如何保存体力、修炼内功的不二法门，自成体系，江湖人称“ 风清扬 ”。此次登擂带来的是“内功增强技”（ Multi-Scale Nanoengineering to Enhance Nanoionics in Energy Storage Materials ），是人工智能急需的一项神功。 最后一位登场的是这次擂台赛的唯一女剑客 — 来自京城中科派的鲍蓉蓉，她宛如《笑傲江湖》中 日月神教的教主 任盈盈一样 武功胆识都远超男儿郎，在中科派修炼多年、独树一帜，吸收光电之能练就一身超级灵敏的智能皮肤（ High Resolution E-skin System Based on Piezo-phototronic Effect ），这套智能皮肤穿在任何人工智能身上，都能够分分钟成为超级战士、灭敌于无形！因此，蓉蓉携智能皮肤一出，千秋万代一统江湖！ 擂台赛的这第二回合，正所谓： 东北虎智斗陶三立，金枪手挑战唐无情， 玉麒麟火拼风清扬，鲍教主江湖唤智能！ 谁能一统江湖？上海滩见分晓！ 会议的具体时间和地点 2019年7月8-10日（8：00-18：00），中科院上海微系统所5号楼3层报告厅（上海长宁路865号）
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MINE2019微纳擂台赛第一回︱兵刃不忌小·暗器最销魂
张海霞 2019-6-29 14:41
【题记】 微纳擂台又一年，江湖烽烟起东南，号角响起催亮剑，谁与争锋上海滩？！ 2019 年第三届微纳擂台赛最终有 20 位来自世界各地的青年剑客获得了入场券， 7 月 8 日下午第一回大战， 主题是“兵刃不忌小，暗器最销魂！”（ Advanced Micro-Nano Mechanical-Electronic System ）， 即将有 7 位青年才俊登场，他们究竟是何方豪杰、练就哪路神功、谁能在上海滩拳打东海猛虎、脚踢南海蛟龙、开辟一段江湖新传奇呢？且听我慢慢道来。 第一回︱兵刃不忌小 · 暗器最销魂 第一位登台的将是相貌堂堂的翩翩少年：来自葛仙师创办的美立坚西北派新掌门冯道长的得意弟子，姓贾单字名浩，位列美军江湖十六小彪将之“贾公子”！他带来的是独门暗器 -- 癌振器！这件兵器如圆盘一般平淡无奇，其实设计精良、机关缜密、表面还喂有西北派神秘配方的毒药，乃是最近问世之大煞器，专门针对癌细胞这种恶疾元凶、威力无穷！ 第二位出场的则是来自清华园的一位高手 — 李鹏，学艺与尤达大师门下，后来得到周伯通真传，练得一身好功夫，常年炼各种灵药妙药专治各种疑难杂症，颇有些江湖名声，人称“混江龙”，这一次带来的就是这个在江湖上疯传很久的石墨烯救命还魂神器，各位看官将有幸一睹真容。 第三位出场的是来自上海滩第一豪门 -- 闵行派，且说去年闵行派的杨六郎在擂台上打出了一番天地，这次占有天时地利人和之优势，派出少壮派的代表“青面兽”杨瑞做急先锋誓言抢下头阵！杨瑞与佳公子师出同门，只是杨瑞下山后又去了西岸的斯坦福王氏门下修炼“芯”学，得以打通任督二脉，从此自己到上海滩独自闯荡江湖，这次打擂将是用于人工智能的杨氏兵器首发，值得大家期待！ 第四位出场的是来自上海滩另外豪门 — 中科派的“智多星” -- 吴涛，简单回顾一下他的学艺经历你就知道智多星名不虚传，他先入美立坚西岸洛杉矶学艺，继而去世界最大“芯”公司的前线历练，身经百战之后又入斯坦福 Howe 大师门下闭关修炼降龙十八掌，出关后直接加盟中科派自立门户“ SMALL ” — 这一次登擂就是希望用刚刚研制成功的无线暗器智取生辰纲。 第五位登擂的是来自京城的豪门大户电子门的“跳涧虎”陈嘉民，他曾经负笈东瀛求学多年，在炼丹之乡专心炼制各种长生不老仙丹，掌握了仙丹中最不可或缺的一味猛药的炼制技术，回到京城后在丹药中频频使用这种神秘配方，得到的暗器杀伤力远强于其他，此次登擂携丹药秘方而来，且看现场是否可以迷倒一片。 第六位登场的乃是不可一世的上海滩大资本家的二公子 — 武震宇，江湖人称“武二郎”，这位山东好汉颇有梁山好汉的气魄，又在欧罗巴的德意志修炼 14 年，武艺精湛又身经百战，这次带着精钢“钻”和武松打虎的气势前来攻擂，加上地主之谊，颇有要震撼宇宙的架势！大家拭目以待。 这第七位登擂的高手来自花都广州中山派，姓谢名曦，名如其人温文尔雅、阳光明媚，却是这一回擂台上的大煞器，少年成名，游学于美利坚之西岸名门斯坦福，后又入东岸少林 — 麻省理工跟随太上老祖练习武功， 文武全才、于诸子百家之学无所不窥，海归中山后自立门户，以绣花针为利器行走江湖，莫小看这绣花针， 在谢曦手中它或刚猛、或阴柔、或刚中有柔，或柔中有刚，或横出，或直送，或内缩，敌人抵挡不住这源源而来的劲力，便会深受内伤。这一招神似 金毛狮王谢逊的“七伤拳”，加之他独守南粤中山一派，因此江湖人称“谢护法”。 擂台赛的这第一回合，正所谓： 贾公子挑战混江龙，青面兽硬抗智多星， 跳涧虎遭遇猛武松，谢护法南粤吼天明！ 究竟鹿死谁手？我们拭目以待！
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