一周前沿科技盘点⑱｜中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成、转角双层石墨烯精准原子制造新策略

本周，在完成发射、入轨、对接、转位等一系列动作后，梦天试验舱顺利迎来了神州十四号航天员乘组；一种新型双模式液相糖自动合成仪近期研发成功，填补了业内空白；为什么二叠纪末生物大灭绝是地球历史灭绝之最？科学家揭示其灭绝机制特征……基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第十八期。

1、梦天实验舱转位完成 中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成

北京时间2022年11月3日9时32分，空间站梦天实验舱顺利完成转位

11月3日，梦天实验舱转位完成，中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。按计划，后续将开展空间站组合体基本功能测试和评估。

梦天实验舱是中国空间站第三个舱段，也是第二个科学实验舱，由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成。舱体全长17.88米，直径4.2米，发射重量约23吨，可为航天员提供超过32立方米的工作、活动空间。其主要用于开展空间科学与应用实验，参与空间站组合体管理，货物气闸舱可支持货物自动进出舱，为舱内外科学实验提供支持。

梦天实验舱配置有13个载荷机柜，其中8个为科学实验柜，主要面向微重力流体和燃烧、材料科学、基础物理等实验领域，舱外还有37个载荷安装工位，可为各类科学实验载荷提供机、电、信息方面的能力支持。

2、《自然·材料》｜转角双层石墨烯精准原子制造研究取得进展

a转角双层石墨烯生长设计示意图；b-e制备的14°转角双层石墨烯结果；f-i转角双层石墨烯的普适制备

二维材料生长机理的研究表明，单晶生长取向主要受衬底表面晶格、台阶等结构的调制。

近期，北大物理学院刘开辉课题组与合作者提出“预堆叠衬底-角度复制单晶生长”的新生长策略，团队在宏观上预堆叠退火后的单晶Cu(111)衬底以锁定角度，使衬底之间的旋转角度为预期生长的双层石墨烯的目标转角；随后利用Cu(111)表面对称性匹配与小晶格失配的特性，确保在预堆叠的Cu(111)衬底上外延生长单晶石墨烯，并严格复刻衬底间的旋转角度。而后精准控温并利用铜箔平面自铺展效应，获得具有特定转角和均匀平整范德华界面的双层大面积石墨烯；最终为了剥离双层石墨烯，利用等电位面刻蚀方法在刻蚀液中施加平行电场，将一侧铜箔匀速刻蚀并使铜离子沿电场方向迁移，可有效避免非均匀刻蚀。通过三电极电化学法监测铜表面的刻蚀过程，从而精准控制刻蚀时间，获得完整的大面积双层石墨烯成品。

该策略在二维晶体制备领域提供了宏观尺度下精准操控双层堆垛结构的新路径。

3、《自然-合成》｜叶新山团队在糖自动合成领域获重大突破

近期，北大叶新山研究团队基于“预活化”一釜多组分糖基化反应和液相乘法合成的原理，自主研发了新型双模式液相糖自动合成仪。合成仪的硬件包括自动合成系统、在线监测系统和可编程逻辑控制系统，通过可编程逻辑控制系统将自动合成系统和在线监测系统进行耦合，设计形成新型双模式液相糖自动合成仪的整机框架。软件方面，可编程逻辑控制系统受上位机控制，基于Labview语言程序设计研发了实用的特色上位机软件控制系统（Ye Glycosoft），完成对合成仪的整机控制和调试，实现了合成仪的稳定运行。

团队利用该自动合成仪合成了各种复杂结构的寡糖和多糖，其中合成多糖的分子尺寸达到了惊人的1080糖（1080-mer），将结构均一的多糖分子的合成提升到了一个新的高度，远超核酸（到200-mer）和蛋白质（到472-mer）的合成水平。鉴于该成果在大分子合成及其应用方面的重要意义，《自然》杂志专门配发了对这一工作的亮点评述。

4、《物理评论快报》｜中子星并合引力波信号新特征

（左图）双中子星并合后的核心密度演化；（右图）不同总质量系统中，双中子星并合过程的引力波主峰频率。黑色虚线表示纯强子状态方程，红、蓝线表示同一强子部分的两种夸克-强子渡越状态方程

数值模拟显示，双中子星并合后如果不立即塌缩成为黑洞，那么将形成快速较差转动的超重中子星，辐射强烈的引力波，并表现出一些特征谱峰。随着并合过程中系统核心密度的升高，强子物质如向夸克物质转变，则会导致引力波的频率突然下降，确切的下降取决于夸克模型的状态方程。

中科院紫金山天文台与日本科学家合作，首次研究了双中子星并合过程中夸克-强子渡越状态方程的性质。低密度时，体系由强子物质主导；当夸克物质达到饱和，状态方程快速硬化，释放更多压力。当并合系统的最大密度在渡越区时，系统整体变得更松散，其引力波频率也比强子系统的低。

定量计算表明，第三代引力波探测器可以有效探测到这一引力波辐射频率的降低，有望听见核物质相变的“声音”，而夸克物质的实验检测也将帮助物理学家逐步完善基本粒子模型。

5、《自然·通讯》｜太空跨尺度能量传输新机制

跨尺度波动-粒子相互作用导致能量直接从宏观尺度传输到微观尺度

类似于大气中充斥着声波，空间和天体等离子体中也充斥着各种等离子体波动。

近期，北大宗秋刚团队通过详细数据分析，发现空间中的离子可以同时和宏观尺度的超低频波、微观尺度的电磁离子回旋波相互作用。通过这一相互作用，能量首先从超低频波先传递到离子，然后从离子传递到电磁离子回旋波，最后通过电磁离子回旋波-离子回旋共振而耗散。与传统湍流串级模型不同，在这一跨尺度波动-粒子相互作用中，能量可以直接从宏观尺度传递到微观尺度，无需经过中间尺度的介导。对观测数据的定量分析表明，跨尺度波动-粒子相互作用的时间尺度约为1分钟，远小于各种空间和天体能量过程的时间尺度，证明其是一种有效的跨尺度输运能量的机制。

除了介导能量的跨尺度输运，研究还发现跨尺度波动-粒子相互作用可导致不同尺度的动态过程相互耦合，以及空间等离子体加热和加速。这些发现为进一步理解极光、地磁脉动以及空间高能粒子的产生提供了新的思路。

6、《自然·地球科学》｜二叠纪末生物大灭绝机制研究获进展

研究分析测定的全岩碳、氮同位素及生物标志化合物单体碳、氮同位素

当今地球是否已进入“第六次物种大灭绝”？短尺度数据不足以回答这个问题，研究“深时”记录——二叠纪末生物大灭绝事件，或许可以帮我们寻求其中的答案。

北大沈佳恒研究员利用远古叶绿素的生物标志化合物单体碳同位素定量重建了该时期的大气二氧化碳浓度。重建结果显示，该时期第一幕灭绝，pCO2最低；随后pCO2快速上升，一直持续至早三叠世的第二幕灭绝，并达到最高值；之后pCO2开始缓慢下降。生物标志化合物单体氮同位素被用于定量重建该时期海洋初级生产力群落结构的演化。重建结果显示，第一幕灭绝时，海洋初级生产群落以真核藻类为主；而第二幕灭绝时，蓝细菌则以绝对优势~100%全面占据海洋初级生产群落。

结合全球碳循环模型，作者进一步重塑了该时期气候和碳循环扰动的响应机制，并提出二叠纪末两幕式生物大灭绝具有根本不同的灭绝机制特征。第一幕的特点是富营养化、缺氧而导致丧失栖息地的灭绝，而第二幕是极热、高碳酸血症、食物网崩溃的灭绝。此结果有助于解释为什么二叠纪末生物大灭绝是地球历史灭绝之最。