气溶胶是大气中固态、半固态与液态颗粒的总称，粒径可从几纳米到数百微米，组成涵盖有机物、无机物、生物分子与生物体等多种组分，且具有扩散性强、折光性好等特点。气溶胶的物理化学性质与动态变化，对气候、空气污染、环境工程、军工制造、生物化学循环与人类生命健康具有重要意义。实现气溶胶物理化学性质与动态变化精细表征是气溶胶领域的前沿课题，要求建立悬浮单气溶胶的高端研究平台。基于气溶胶单颗粒悬浮技术的高端测量平台，深刻认识气溶胶表界面反应机制，准确判断气溶胶相变过程，时时跟踪气溶胶非平衡过程，精准测量有机气溶胶的饱和蒸气压，实现气溶胶理化性质广泛而准确的计量，构建气溶胶理化性质的标准测量方法，搭建自主化测量平台，是国家高端仪器研发与国产化亟待解决的前沿课题。 当前气溶胶的表征方法均处于单打独斗的测量状态，无法对单气溶胶进行多性质、多维度、长时间的观测，存在较大局限。2018年荣获诺贝尔奖的光镊技术，作为最前沿的量子计量技术，可以对悬浮单液滴进行长时间精准测量。通过同时测量液滴受激拉曼信号与模态，实现粒径、折射率的绝对测量，进而得到饱和蒸气压等理化性质。同时测量液滴自发拉曼，还可以观测液滴的化学组成演变。 负责人通过在光镊技术近十几年的实践与应用，实现了高精度测量，粒径误差小于1nm，折射率误差小于0.0002，并且能够以天为单位，长时间稳定测量。本项目的目标是基于光镊技术的成长与积淀，建立气溶胶理化性质的标准测量装置与测量方法，优化当前原理样机的光学与工程设计，提升装置的稳定性，实现气溶胶光镊悬浮单颗粒测量技术的工程化与商业化。此外，作为拓展性目标，通过测试，采用国产元器件，推进高端仪器的国产化。 光镊测量装置具有广阔的市场前景。不仅为研究气溶胶的理化性质和环境影响提供了新手段，也可以为发动机研发，生物化学战剂效果提供新启示，还可用于检测和分析环境、药物、食品等液体样品中的微粒物质，为相关行业提供质量控制提供新标准。根据国际权威机构的预测，全球气溶胶监测市场年均增长率为8.2%。该方法具有明显的技术优势和应用潜力，可满足不同领域对气溶胶监测的需求。 本成果已在国内外多个知名期刊发表论文，并已开展相关专利布局，基于拉曼与细颗粒物测量已拥有国家专利2项。另有3项国家专利的申请正在准备中。本成果的升级与完善已得到国家自然基金委国家重大科研仪器研制项目资助，并已与多个科研机构和企业建立合作关系，取得了良好的效果和反馈。

地球表面高山、丘陵、沙漠、河流、潮滩等地貌形态万千，它们是如何在历史的岁月中逐渐形成的呢？放眼宇宙，空气密度极低的冥王星，是如何神奇地拥有丰富的沙丘地貌？被称为沙漠行星的火星会因为大风而刮起沙尘暴吗……这些自然界中的奥秘正是地球物理学科的泥沙运动力学所研究的问题。已有的研究告诉我们，泥沙颗粒输运普遍发生于大气环境和水环境中，是塑造地貌形态最重要和最根本的自然过程之一。如何理解和定量描述地表环境泥沙颗粒的起动、输运和沉降是揭示地貌形态千差万别的核心问题。目前野外和实验数据已经证明，粗颗粒泥沙输运量与流体强度之间的关系，在大气环境表现为线性，在水环境表现为非线性。然而，如此截然不同的输运规律背后的力学机制却一直还是个迷。近日，浙江大学海洋学院百人计划研究员托马斯·派兹（Thomas Pähtz）博士成功揭开了这个谜底，并推导出了描述粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。北京时间2020年4月20日，相关研究成果在物理学学术期刊美国物理学会刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters，简称PRL)）上发表，并被该刊物和杂志Physics同时聚焦报道。通过离散元(DEM)精细数值模拟追踪大量泥沙颗粒的运动轨迹并分析其受力特征， 托马斯·派兹首次发现，粗颗粒泥沙的动能耗散机制主导其输运规律。大气环境条件下颗粒和床面间碰撞是主要的耗散机制；而在水环境条件下，颗粒和床面间碰撞以及颗粒之间的碰撞起着同等重要的作用。根据这一新的理论认识，托马斯·派兹推导了能统一描述大气环境和水环境粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。这为深入认识地球甚至火星等外星球表面丰富多样的地貌形态提供了有力的理论工具。 统一输沙率公式与水环境（左图）和大气环境（右图）相关实验资料对比“最困难的部分是对模拟的结果进行物理解释和数学描述。在总共7年的时间里，我无数次地用笔和纸进行尝试。特别是在最初的4年里，我大部分时间都在思考这个问题。” 托马斯·派兹说。评审专家认为，这项研究工作是地球物理学科最基础而没有被揭示的问题。而对于未来的进一步应用，托马斯·派兹表示，上述通用方程可以预测任意大气/水体环境下的泥沙输运量，这使我们能够更好地了解这些天体的地貌，还可以通过测量行星的动力地貌来间接推断行星的风况。据悉，托马斯·派兹于2020年1月起受邀担任美国地球物理学会会刊《地球物理学研究杂志-地表过程》的副主编。他是浙大近海环境流体力学团队的重要成员。该团队由贺治国教授领衔，主要从事近海泥沙动力学、海岸动力学、近海环境流体力学等方面的研究，成果已逐步应用于理解河口海岸泥沙运动、深水航道整治、深海地貌演变、深海热液源矿物颗粒沉积等问题，取得了重要的国际影响力。该研究得到国家自然科学基金和浙江大学百人计划研究基金资助。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.168001

压电马达是利用压电材料的逆压电效应进行机电能量转换的电动机。压电马达由振动件和运动件两部分组成，依靠超声摩擦实现驱动，同时,由于采用功能陶瓷作为能量的转换器件,没有绕组、磁体及绝缘结构，使其在工作中自身不产生电磁辐射,也不受周围电磁场的影响，所以具有低速下大力矩输出、对电信号响应速度快和分辨率高的特点。在小尺寸时，功率密度比普通电动机高得多，但输出功率受限制，宜制成轻、薄、短小的形式。有旋转和直线两种驱动模式。微马达具有微型化、多样化和集成化的特点，一个小的操纵手可以更准确、更轻柔地抓住并移动小目标。在扫描定位系统中，小的驱动器具有更短的响应时间，更细致的定位功能。微型机器可自由地在很细的管道中移动，如在人体的静脉中移动和去除血垢，也可用来操作更加细微的电子元器件。

压电马达是利用压电材料的逆压电效应进行机电能量转换的电动机。压电马达由振动件和运动件两部分组成，依靠超声摩擦实现驱动，同时,由于采用功能陶瓷作为能量的转换器件,没有绕组、磁体及绝缘结构，使其在工作中自身不产生电磁辐射,也不受周围电磁场的影响，所以具有低速下大力矩输出、对电信号响应速度快和分辨率高的特点。在小尺寸时，功率密度比普通电动机高得多，但输出功率受限制，宜制成轻、薄、短小的形式。有旋转和直线两种驱动模式。微马达具有微型化、多样化和集成化的特点，一个小的操纵手可以更准确、更轻柔地抓住并移动小目标。在扫描定位系统中，小的驱动器具有更短的响应时间，更细致的定位功能。微型机器可自由地在很细的管道中移动，如在人体的静脉中移动和去除血垢，也可用来操作更加细微的电子元器件。

压电马达是利用压电材料的逆压电效应进行机电能量转换的电动机。压电马达由振动件和运动件两部分组成，依靠超声摩擦实现驱动，同时, 由于采用功能陶瓷作为能量的转换器件 , 没有绕组、磁体及绝缘结构，使其在工作中自身不产生电磁辐射 , 也不受周围电磁场的影响，所以具有低速下大力矩输出、对电信号响应速度快和分辨率高的特点。在小尺寸时，功率密度比普通电动机高得多，但输出功率受限制，宜制成轻、薄、短小的形式。有旋转和直线两种驱动模式。微马达具有微型化、多样化和集成化的特点，一个小的操纵手可以更准确、更轻柔地抓住并移动小目标。在扫描定位系统中，小的驱动器具有更短的响应时间，更细致的定位功能。微型机器可自由地在很细的管道中移动，如在人体的静脉中移动和去除血垢，也可用来操作更加细微的电子元器件。

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