前沿

世界上最细的电线

供稿/驻外记者 李青

众所周知，原子是物质组成的基本单位，原子非常非常小。那么，1个原子到底有多小呢？就好比一个人站在硕大无比的地球旁边，显得微乎其微。那你知道，人的一根头发有多粗吗？头发的直径约为0.08毫米，相当于100万个原子排成一行。所以不难想象，一条只有3个原子直径之和那么粗的电线该有多细！近日，美国斯坦福大学和美国能源部SLAC国家加速器实验室的科研小组就研发出了这样的电线，这是迄今为止世界上最细的电线，也叫纳米电线。

纳米电线是怎么造出来的呢？其实就像拼乐高积木一样，把一块块小的乐高按照一定的规则，一步一步地拼接在一起，最后组装成某个你想要的东西。纳米电线的基本材料是金刚石（俗称钻石），组成它的最小分子是金刚烃（一种碳氢化合物），金刚烃分子间因范德华力的作用，而彼此有着很强的吸引力。科学家就是利用金刚烃的这个特性，把硫原子（图中黄色的部分）和铜原子（图中棕色的部分）结合起来的。就像先拼成一组乐高积木，然后再一组一组地逐渐自动延伸，组装成特定的线状结构，形成导电性能很好的电芯，其周围的金刚烃分子因为范德华力的引力作用，而把电芯紧紧地包裹起来，从而形成天然的绝缘层。

纳米级的电线能够帮助缩小电路，为微小的电子设备提供更强大的计算功能。这种新的方法还能让科学家们以原子的精度来组装和控制材料，探索和发现新的、具有独特电子特性和物理特性的新型材料。目前，该科研小组已经用金刚烃造出了一维的镉基、锌基、铁基和银基纳米电线，这些材料在制造新型发电纤维、光电设备等方面具有广泛的用途。

这张钠通道结构“3D照片”，科学界等了65年

1952年，英国科学家霍奇金和赫胥黎发现了“钠离子通道”（以下简称“钠通道”）。然而，两位科学家不曾想到，人们直到今天才弄明白钠通道的原子结构。65年后，清华大学医学院颜宁研究组，用名为冷冻电镜的“照相机”，为钠通道拍下第一张“3D照片”。

钠通道是所有动物中电信号的主要启动键，而电信号则是神经活动和肌肉收缩等一系列生理过程的控制基础。在人体中，一共有9种已知的电压门控钠离子通道亚型，在不同的器官和生理过程中发挥作用。钠通道的异常会导致一系列与神经、肌肉和心血管相关的疾病，特別是癫痫、心律失常和持续性疼痛或者无法感知痛觉等。迄今为止，已经在人体的9种钠通道蛋白中发现了1000多个与已知疾病相关的点突变。此外，钠通道也是许多局部麻醉剂以及自然界中大量的神经毒素的直接靶点，许多蛇毒、蝎毒、蜘蛛毒素等，都是通过作用于钠离子通道而产生不良后果。

钠通道是诸多国际制药公司的研究靶点，有着巨大的制药前景。获取钠通道的精细三维结构，对于理解其工作机理以及制药至关重要。

充电电池新突破：储存容量可使用十多年不退化

充电电池的能源储存容量退化，是许多用户在日常使用中所必须忍受的一个严重问题。现在，来自哈佛大学的科研人员研发出了一种新型电池技术，它利用一个化学“魔术”，打造出能使用十多年且几乎不需要维护的充电电池。

新型电池用到的技术叫作“流体电池”，通过两种液体的离子交换获得电流。虽然这种电池能使系统变得更灵活、更耐用，但它极易出现退化，这意味着需要进行定期维护。对此，哈佛的科研人员找到了解决办法，他们对该种电池中的电解液进行了结构调整，成功地让它们都具备了水溶性能力。也就是说，它们可以使用中性水来获取电流，而不再使用有毒或具有腐蚀性的液体，因此，这种技术使用起来不仅更加安全，而且维护成本也非常低。

更重要的是，这种电池还非常耐用。据团队介绍，他们在对电池进行了1000次完全充电之后，电池的能源储存容量仅丢失了1个百分点。该数值相对于大部分锂离子电池来说，是非常非常低的。