睡眠之谜告破：入睡是瞬间发生的；气候变化正在影响地下断层和岩浆活动｜环球科学要闻

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· 地质学 ·

气候变化正在影响地下断层和岩浆活动

图片来源：Chris Scholz, Syracuse University


图尔卡纳湖位于肯尼亚西北部，是东非大裂谷内最大的内陆湖。数千年间，气候的波动让这里的水位剧烈上升或下降，甚至历史上这里的水位曾比今天高出超100米。最近，一项发表于《科学报告》（Scientific Reports）的研究表明，气候变化正通过改变湖水水位，影响当地的断层活动和岩浆活动。


研究团队在图尔卡纳湖开展了细致的勘探和采样，最终成功收集了湖底27条地址断层的数据。结果表明，在湖泊水位较低的干旱期，地表负荷减轻，断层移动速度加快，岩浆生成量增多。而最新的气候模式研究表明，由于降水增多，图尔卡纳湖在未来二十年内可能会出现水位上涨，这不仅会对地壳压力动态产生影响，还会加剧洪水风险。这项研究揭示了气候与地壳活动之间的深刻关联。（Syracuse University）




· 材料学 ·
光电转换效率突破27%，我国团队钙钛矿太阳能电池成果登《科学》


钙钛矿太阳能电池的认证光电转换效率已经超过26%，逼近单晶硅太阳能电池水平。实现高效率钙钛矿太阳能电池的关键要素之一是制备高质量钙钛矿半导体薄膜。而甲基氯化铵（MACl）因能同时降低钙钛矿成核势垒并促进晶体高质量生长，被广泛作为钙钛矿薄膜生长的辅助材料。然而，基于MACl制备的钙钛矿薄膜存在垂直方向上氯分布的不均匀的问题，从而阻碍电荷传输，成为限制电池效率和稳定性的关键因素。


针对这一问题，中国科学院半导体研究所游经碧研究员领导的团队近日在《科学》（Science）上发表研究，提出了垂直方向均匀化氯元素分布的策略（HVCD），通过在钙钛矿薄膜生长中引入碱金属草酸盐，利用解离出的钾离子与氯离子之间的强结合作用，有效束缚氯元素的垂直无序迁移，使其在钙钛矿材料中均匀分布。基于这一方法，研究团队成功制备出载流子寿命高达20微秒，界面缺陷态密度低至1013每立方厘米的钙钛矿半导体薄膜。接着，基于所开发的氯元素均匀分布的钙钛矿薄膜，研究者研制出经多家权威机构认证、光电转换效率为27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件。该器件在1个标准太阳光和最大功率输出点条件下持续运行1529小时后，仍保持初始效率的86.3%。此外，器件在1个标准太阳光与85℃光热耦合加速老化条件下，持续运行1000小时后仍能维持初始效率的82.8%。该研究实现了钙钛矿太阳能电池效率与稳定性方面的协同提升，将为其产业化发展提供重要支撑。（中国科学院半导体研究所）




· 健康 ·
使用多种语言或能延缓衰老


衰老是一项重大的全球健康挑战，与认知衰退和功能障碍有关。最近，一项发表于《自然·衰老》（Nature Aging）的研究，调查了27个欧洲国家超过86000人的信息，发现多语言能力（日常使用超过一种语言）与加速衰老风险的延缓有关。这些发现表明，推广使用多种语言可能在人群水平上有助于支持健康老龄化策略。


研究团队分析了来自27个欧洲国家86 149名51-90岁参与者的调查数据，评估他们的衰老速度是否快于或慢于基于健康和生活方式因素的预期值。他们发现，仅使用一种语言的人发生加速衰老的可能性会升至大约两倍，而多语言使用者的这一概率平均只有一半。作者还观察到，掌握额外语言能延缓衰老进程，并发现使用多语言存在剂量依赖效应（掌握语言越多，延缓效果越显著）。研究团队指出，即使对年龄和语言、身体状况、社会和社会政治因素作调整后，多语言的保护作用仍显著。（Nature）




· 神经科学 ·

入睡并不是一个渐进的过程，从清醒到睡眠的转变是迅速的

图片来源：Unsplash


人们普遍认为入睡是一个渐进的过程，大脑会逐渐从清醒状态过渡到睡眠状态。但支持入睡是渐进过程的证据有限，大脑究竟是如何入睡的一直是个未解之谜。近日，帝国理工学院为首的研究团队在《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）上报告称，发现入睡并非是一个缓慢过渡的过程，而是在短时间内迅速完成的。这一发现可能对理解睡眠障碍（如失眠）的机制和开发新的治疗方法具有重要意义。


研究团队利用脑电图（EEG）数据研究入睡过程。EEG能够记录大脑的电活动，从而指示睡眠阶段和清醒状态。他们在一个抽象的数学空间中对47个EEG信号建模，其中每个数据点都有坐标，类似于地图上的一个点。通过这种方式，他们能够绘制清醒时的大脑活动，并跟踪其向入睡（对应非快速眼动睡眠第二阶段）转变的过程。结果显示，在入睡前10分钟，大脑活动与睡眠状态之间的“距离”基本保持不变，但在最后几分钟内会急剧缩短。平均而言，这个转折点发生在入睡前4.5分钟，这是大脑在清醒和睡眠状态之间切换的确切时刻。这一发现表明，入睡是一个突然且迅速的变化，而不是一个渐进的过程，这与我们通常描述的“坠入梦乡”的感觉相吻合。通过了解入睡过程的动态变化，未来或能识别失眠患者相比健康人在这一过程中存在的差异，从而开发出新的治疗方法。（New Scientist）




· 材料学 ·
在原子尺度，让塑料和金属融合
 
汽车中往往同时使用塑料和金属材料。为了开发更轻便、耐用的混合结构，就需要在不使用胶水的情况下，将塑料粘合到金属零件上。而理解塑料与金属在分子层面上的界面粘合方式，将有助于开发更先进的工艺和材料。近日，一项《通讯·材料》（Communications Materials）上的研究揭开了其中的谜团。


研究者用计算机模拟了两种聚酰胺与氧化铝的粘合，分别为具有柔性脂肪链的PA6和具有刚性芳香环的PAMXD6。结果显示，当聚酰胺-氧化铝界面受到拉伸，发生弹性形变时，抗拉伸强度主要取决于聚酰胺的分子刚性，PAMXD6要优于PA6。而当拉伸应力继续增加，使界面发生永久形变（屈服）后，聚酰胺和氧化铝表面的化学基团会互相作用，产生不同效果。在普通的氧化铝表面，PA6和PAMXD6的链段都能较好地吸附在金属表面，受力时，吸附段大多”锚定“不动，而锚之间的链段和尾部被拉长；但当氧化铝上存在具有位阻的羟基基团时，具有芳香环的PAMXD6会更难吸附，导致吸附段”脱锚“，尾部变长，甚至全部脱离。这项研究将有助于我们理解材料粘合行为，开发新一代的制造技术。（Osaka Metropolitan University）


撰文：马一瑗、王怡博、二七编辑：王怡博