众所周知，盐放入水中会发生溶解，溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末，人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究，最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验（Transference experiments）。虽然经过了一百多年的努力，离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题，至今仍没有定论。究其原因，关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段，以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差，只能得到平均效应，无法探测局域环境的影响，实验数据的解释异常困难，甚至得出完全矛盾的结论，因此受到很大的限制。另一方面，由于水分子具有全量子化效应，且水分子与离子相互作用也非常微弱，这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右，依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸：1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈，研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术，在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子，水分子的数目精确可调，为高分辨成像创造了条件。在此基础上，他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术，依靠及其微弱的高阶静电力，克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征，精确确定了其微观吸附构型（图2）。这也是水合离子的概念提出一百多年来，首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步，研究人员利用带电的针尖作为电极，控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运，发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力，迁移率比其他水合物要高1-2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率（图3）。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟，他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度，而且可以在很大一个温度范围内存在（包括室温）。此外，研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性，适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a，效果图：包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b，分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型，而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联，刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明，可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运，从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的，这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义，比如：离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外，该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次，未来有望应用到更多更广泛的水合物体系，开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏（Overall, I enjoyed reading this manuscript），认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”（The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science），“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”（This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems）。

本发明属于结构优化技术领域，公开了一种面向多种微观结构 的材料结构一体化构建方法，针对传统变密度法得到的连续变化的材 料分布以及单元密度，基于后处理机制对材料区域进行划分与单元密 度分组，实现对宏观结构内具有不同材料属性的区域进行定义与划分， 实现对宏观结构内的多种微观结构进行定义;其次基于参数化水平集 拓扑优化方法与均匀化理论建立材料结构一体化设计模型，即针对定 义的多种微观结构与宏观结构进行一体化设计，实现宏观结构与多种 微观结构并行化设计，在给定约束条件下，实现整体结构的性能达到 最优。

将微结构研究方法，引入到对滨海新区软土的固结沉降特性研究之中，从而将软土的宏观固结沉降现象与其初始微结构参数及微结构再造过程研究结合起来，在土微结构和土压缩性指标之间架起一座桥梁。根据建立的软土固结沉降微结构预测模型，可以由微结构参数、应力水平，得到软土的固结参数和压缩性指标。或者根据固结压缩性指标，得到微结构参数的变化。 天津二建建筑工程有限公司、天津永盛岩土技术有限公司、天津建工总承包有限公司等三家公司，从2012年开始采用本项目研究得到的适用于滨海软土固结的微结构参数预测模型，以及基于此模型的软土地基沉降预测技术进行了相应的沉降预测。通过在实际工程中的应用，证明了本技术的先进性。

XM-705F微观肾脏解剖模型   XM-705F微观肾脏解剖模型作微观解剖，显示肾脏纵切面、肾脏的皮质与髓质、肾叶的楔形结构、带有短髓袢的肾单位以及血液供应。 尺寸：放大，26×19×23cm 材质：PVC材料

该系统用虚拟的视野替代不同倍数的显微镜观察，还有大量利用高清图像和现代构图法形成的全视野的数字切片，同时加入大量双向诊断病例用于培养学生的临床诊断思维。

结构材料轻量化是目前国民经济、国家重大需求的重大挑战，材料结构功能一体是新材料的重要发展方向。 轻质高强泡沫铝合金复合夹芯板以超轻质的泡沫铝合金为芯层，与铝合金面板实现冶金结合，具有比重小，高刚度，高阻尼减振，高能量吸收的特点，同时实现与阻燃、电磁屏蔽功能兼容性，在先进交通、航空航天领域具有广泛的应用前景。通过可调控的芯层泡沫铝合金孔结构，复合夹芯板的实现了同等质量钢板6倍的高刚度，同时比重仅与水接近，该成果已经应用于我国重要装备制造。

XM-432微观视细胞模型   XM-432微观视细胞模型由2部件组成，置于基板上，显示视网膜、脉络膜以及巩膜的微观结构。 尺寸：放大，25×23×23cm 材质：PVC材料

成果简介： 本项目的研究成果，能够在城市客运枢纽建成运营之前，通过微观交通流仿真技术，模拟各类车流人流的运行状况，从而找出客运枢纽内部的交通症结，并通过定量化的参数检验与交通评价，帮助决策者进行最优方案比选，辅助前期规划设计人员修改完善项目方案，并通过可视化的3D仿真视频图像，生动展示城市客运枢纽地区交通流运行全貌。

XM-705F微观肾脏解剖模型   XM-705F微观肾脏解剖模型作微观解剖，显示肾脏纵切面、肾脏的皮质与髓质、肾叶的楔形结构、带有短髓袢的肾单位以及血液供应。 尺寸：放大，26×19×23cm 材质：PVC材料

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