Nat Commun 11, 5245 (2020).
通过纳米天线集成的窄带检测器进行非分散红外多气体感测
非分散红外（NDIR）光谱基于目标气体的特征红外吸收来分析目标气体的浓度。在传统的NDIR气体传感器中，红外检测器必须与滤光镜配对才能选择目标气体。但是，多路NDIR气体传感需要多对滤波器和检测器，这使传感器体积庞大且价格昂贵。在这里，我们提出了一个由窄带红外探测器阵列组成的多路NDIR气体传感平台作为读数。通过将等离子超材料吸收体与热电探测器集成在一起，这些探测器表现出光谱可调和窄带光响应，避免了对单独的滤波器阵列的需求。我们展示了对H2S，CH4，CO2，CO，NO，CH2O，NO2，SO2的检测。CH4，CO2和CO等常见气体的检出限分别为63 ppm，2 ppm和11 ppm。我们还证明了可以减少混合物中两种目标气体的浓度。
图. 等离子体超材料吸收体的光谱和近场特性仿真模拟
Science Advances Vol. 6, no. 42, eabc1741.
跨膜传质的调节具有广泛的应用。尽管有许多针对液相物质的刺激响应膜的实例，但对于气态分子而言，这个目标仍然遥不可及。我们描述了一种由导电膜上可逆的电化学金属沉积/溶解驱动的先前未探索的气体门控机制，它可以在两个数量级上连续高效地调节界面气体渗透率，并且响应时间短。门控机构既不涉及运动部件也不涉及死体积，因此可以实现各种工程过程。电化学介导的二氧化碳浓缩器通过将门控膜与氧化还原活性吸附剂结合在一起，证明了这一概念的证明，选通有效地防止了进料气流与产品气流之间的串扰，从而实现了高效的定向二氧化碳泵送。我们期望我们能动态调节气液界面的传输，从而对气体分离，小型设备，多相反应器等领域的系统有潜在应用价值。
图. 显示电化学介导的气体门控膜的工作原理的示意图
Nat Commun 11, 5169 (2020).
操纵金属离子的对称环境以控制功能特性是化学研究中的基本概念。例如，晶格应变可通过改变围绕金属中心的核位置来控制固体中的对称性。光与物质的相互作用也可能引起应变，但是在强激光照射下，提供动态对称控制仅限于特定材料。在这里，我们展示了如何通过在围绕金属中心的电子电荷分布中创建打破对称性的旋转体极化来调节有效的化学对称性，我们称其为亚晶场。该效果源自手性光束的光学自旋的界面介导转移，以产生电子扭矩，该扭矩复制了高压产生的应变的效果。由于该现象不依赖于核位置的物理重排，因此解除了材料限制，从而提供了一种操纵固体中有效对称性的通用且完全可逆的方法。
Nat Commun 11, 5166 (2020).
通过自我协调的形状变化和摩擦调制来控制肌肉状水凝胶的轻度运动
许多生物通过以具有高度协调性的方式将具有各向异性结构的活动肌肉用作马达来穿越各种具有挑战性环境。但是，大多数人工机器人需要多个独立激活的执行器才能达到类似目的。在这里，我们报告了一种基于水凝胶的仿生软机器人，该机器人能够通过光照射为燃料加油和操纵多模式运动。肌肉状的聚（N-异丙基丙烯酰胺）纳米复合水凝胶是通过纳米片的电定向和随后的凝胶化制备的。图案化的各向异性水凝胶是通过多步电定向和光刻聚合制备的，可提供程序化的变形。在光照射下，掺有金纳米粒子的水凝胶会同时发生快速等速变形，并迅速增加与疏水性底物的摩擦力。在时空光刺激下，通过局部形状变化和摩擦操纵的动态协同作用，软机器人实现了包括可控的方向爬行，行走和转弯在内的多种运动步态。该原理和策略可用于设计具有仿生机制的连续性软机器人。
Science Advances Vol. 6, no. 41, eabc9846.
通过软光刻技术制造的微流控设备已被证明具有引人注目的应用，例如芯片实验室诊断，DNA微阵列和基于细胞的检测。通过将微流控技术与电子传感器和曲线基板直接集成以及提高自动化以实现更高的吞吐量，可以进一步开发这些技术。当前的增材制造方法，例如立体平版印刷术和多喷射印刷，倾向于在印刷过程中用未固化的树脂或支撑材料污染基板。在这里，我们提出了一种印刷方法，该方法基于精确地将粘弹性油墨挤出到自支撑的微通道和腔室中而无需牺牲材料的情况。我们证明，在亚毫米范围内，挤出的有机硅油墨的屈服强度足以防止在特定角度范围内发生蠕变。打印工具路径经过专门设计，可实现通道和腔室，T形交叉点和重叠通道之间的无泄漏连接。自支撑微流体结构可实现多功能设备的自动化制造，包括多材料混合器，集成有微流体的传感器，自动化组件和3D微流体。
Science Advances Vol. 6, no. 38, eabc6414.
对于微创医学，可穿戴设备和软机器人中的各种应用，非常需要形状变形磁性软体机器人。尽管有最新进展，但当前的磁编程方法固有地与顺序制造工艺相结合，从而阻止了重新编程和高通量编程。在这里，我们报告了一种高通量的磁编程策略，该策略基于将磁性软材料加热到嵌入的铁磁粒子的居里温度以上并通过在冷却过程中施加磁场来重新定向其磁畴。我们展示了具有高空间分辨率（〜38μm）的离散，三维和可重编程磁化强度。使用可重编程的磁化功能，显示了超常材料结构的可重配置机械行为，表面行走软机器人的可调运动以及对软夹具的自适应抓取。我们的方法还可以通过接触转移实现高通量磁性编程（最高10个样本/分钟）。本文所述的热辅助磁编程策略为开发多规模和可重新编程的磁性软体机器人建立了丰富的设计空间和批量生产能力。
以上文章的共同点，就是都在文章中使用了
COMSOL仿真模拟
。仿真模拟在解释新现象背后的原理方面有着不可替代的作用。通过理论建模和计算得到的结论，并和实验观察到的现象相互应证是许多高档次论文的都需要的部分。而COMSOL由于其强大而全面的功能，现在是
广大科研人员首选的数值模拟软件
。
如今在高档次文章中结合COMSOL仿真模拟来解释科学问题，展示物理机制的方式已经变得越来越常见。特别是对于这种机理解释型文章，一些仿真模拟可以说是必不可少的。
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在当今的高档次科研论文中我们能够见到许多工作都使用到了仿真模拟来阐述科学问题。一直以来仿真模拟就是一项重要的科研技能，在许多物理和工程类学科（力学，光学，流体力学，电磁学，声学，化工）中发挥着不可替代的作用。许多科研工作的理论分析，结构设计和优化都依靠仿真模拟来完成。近年来随着交叉学科的发展，仿真模拟的需求也不限于上述的学科，在新兴的材料科学，能源科学，生命科学的研究工作中也越来越多的应用到仿真模拟这一工具。另一方面随着友好易用的商用仿真模拟软件COMSOL的出现，仿真模拟不再是一项需要深厚理论基础的高门槛技术。通过COMSOL软件的使用，越来越多的科研工作者可以利用仿真模拟帮助自己的研究工作。
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Q：有限元仿真模拟对我的论文有怎样的帮助，真的能提高文章档次吗？
A：对于一部分的研究领域，例如人工超材料，理论上的模拟计算可以说是必不可少的。而对于更多的研究领域，模拟计算可以作为实验的补充，能进一步验证实验的结论，提高结论的说服力。理论模拟丰富了文章的内容，在工作量上也使文章更充实。另外模拟计算很多时候可以优化实验设计，提高实验效率。
