电子学和生物学的结合催生了生物电子学，为研究人员实现对尚未被满足的治疗方案的需求带来了激动人心的机遇。纳米电子学及柔性、生物相容性材料的发展显示出潜在的临床应用（如生理传感、药物输送、心血管监测和脑刺激）价值。迄今为止，大多数生物电子器件都需要通过有线连接来进行电子控制，因此对患者来说，这些器件的植入既复杂又缺乏便利性。而作为替代方案，无线技术正在蓬勃发展，形成了能够提供无创控制、生物遥测和无线电能传输（WPT）的生物电子学。本文综述了无线生物电子学及其在器官特异性治疗（包括疾病和功能障碍）应用中的持续发展。本文重点描述了天线的关键特性，即辐射特性、材料选择、与其他电子器件的集成和测量。尽管无线生物电子学的最新进展有望增加对器件功能的控制，但在技术商业化以及应对不断扩大的未来医疗需求方面仍面临诸多挑战。
远场无线电力传输（WPT）是一项重大突破性技术，它将支持许多预期中泛在的物联网（IoT）应用，而这些应用与第五代（5G）、第六代（6G）及以上无线生态系统相关。整流天线是整流电路和天线的组合，是远场WPT系统中最关键的组件。然而，紧凑型应用设备需要更小的集成整流天线，这些天线要同时具有大的电磁波捕获能力、高交流（AC）到直流（DC）转换效率，及促进多功能无线性能的作用。本文综述了各种整流天线的小型化技术，如曲折平面倒F天线（PIFA）整流天线、小型化的基于单极和偶极的整流天线、分形环和贴片整流天线、介质负载整流天线和电小尺寸近场谐振寄生整流天线。文中总结了它们的性能特征，并与我们之前开发的被证明更适合IoT 应用的电小尺寸惠更斯整流天线进行比较。例如，如本文所演示，它们经过定制可以成为无电池IoT 传感器。与电池供电设备相比，无电池的无线供电设备体积更小、重量更轻。此外，它们对环境友好，因此具有显著的社会效益。本文介绍了一系列高性能电小型惠更斯整流天线，包括惠更斯线极化（HLP）和圆极化（HCP）整流天线、基于这些设计的无线供电IoT 传感器以及双功能HLP整流天线和天线系统。最后，考虑两个线性均匀HLP整流天线阵列系统，以获得更为显著的大型无线电力捕获。示例阵列说明了如何有效将它们与DC或射频（RF）功率进行合成，从而促进IoT的实际应用。
第五代（5G）网络通信系统主要工作在毫米波波段，预计可以提供数千兆的数据速率，这是目前使用无线服务（包括低于6 GHz的频段）所无法实现的。本文简要综述了几种现有的用于5G应用的毫米波相控阵设计。首先，介绍了低剖面天线阵列设计，包括固定波束和仅在一个平面上扫描波束的两种设计类型。随后，介绍了具有二维（2D）扫描能力的阵列系统，该系统对于大多数5G应用而言具有重要意义。接下来，在本文的主体部分，讨论了两种不同的扫描阵列设计策略，这两种策略都规避了用传统移相器来实现波束扫描。值得注意的是，因为在毫米波波段传统的移相器损耗高且价格昂贵，所以找到一个能替代传统移相器的器件是非常必要的；此外，诸如包括射频放大器在内的有源移相器等替代品也是既昂贵又耗电的。在此背景下，本文提出了两种不同的天线系统，这两种天线系统在毫米波范围内具有理想的2D扫描性能。第一种天线系统是龙伯透镜，该透镜由2D波导阵列或微带贴片天线阵列激励，以实现2D扫描能力。第二种天线系统是相控阵设计，该设计采用可切换的PIN二极管或变容二极管取代传统移相器，并将二极管插入波导中的辐射槽之间，从而为扫描提供所需的相移。最后，讨论了几种通过修改传统阵列配置来提高阵列增益的方法。本文还介绍了通过使用可重构的超表面类型的面板来实现一维（1D）和2D扫描的新技术。
本文提出了一种由电磁学与空气动力学协同设计的水平全向双极化天线，可用于高速机载分集系统。天线主体结构包含探针馈电的金属腔和微带线馈电的横槽，可分别实现水平极化与垂直极化。此外，设计的双层超表面结构可作为人工磁导体边界，不仅尺寸紧凑，而且使天线具备可直接安装金属机身的能力。为提升天线流体力学性能，在天线表面贴附一楔形块结构，用于降低风阻。针对本文所提出的天线进行设计验证，实测结果与仿真结果一致。垂直极化的工作带宽在2.37~2.55 GHz的范围内，水平面方向图的增益不圆度为3.67 dB；水平极化的工作带宽在2.45~2.47 GHz的范围内，增益不圆度为3.71 dB。包含楔形块结构在内，天线整体尺寸为0.247λ0 × 0.345λ0 × 0.074λ0（其中λ0为中心频率下自由空间波长），两端口间的隔离度可达33 dB以上。本文所提出的天线分集系统兼具电磁学与空气动力学的性能优势，在高速机载通信应用中表现出优良潜力。
顺-/反-烯烃异构体在石油化工行业具有重要应用价值，然而其极为相似的物理化学性质为节能高效的分离纯化技术的开发带来了巨大的挑战。本文设计的阴离子柱撑超微孔金属-有机框架材料，即ZU-36-Ni和ZU-36-Fe，首次实现了基于分子筛分效应的顺-/反-2-丁烯高效分离。ZU-36-Ni 具有智能的客体适应型孔道结构，其对反-2-丁烯呈现出高吸附容量（2.45 mmol∙g−1）并对顺-2-丁烯高效排阻，可从混合气中分离获得99.99%的高纯度顺-2-丁烯气体。密度泛函理论计算表明：当反-2-丁烯进入孔道时，ZU-36-Ni 的有机配体在主-客体相互作用下可定向旋转，从而导致孔穴扩张并使孔道更加适应反-2-丁烯形状及尺寸，加之ZU-36-Ni 具有可匹配反-2-丁烯三维尺寸的最优孔穴维度，使得反-2-丁烯可以被高效吸附。ZU-36-Ni的适应性行为可最大限度地强化ZU-36-Ni 和反-2-丁烯的主-客体作用，不仅有利于提升反-2-丁烯的优先吸附及动力学扩散行为，同时可实现对顺-2-丁烯的高效分子筛分。本工作为拓展孔穴工程在先进智能或适应型多孔材料在客体分子辨识领域的应用提供了新思路。
具有高体积能量密度的钠（Na）金属电池非常需要能够在高倍率下运行的性能。然而在大倍率下，钠离子块体金属负极中不均匀且大量的迁移会导致金属的局部沉积/溶解，带来严重的枝晶生长和松散堆叠的问题。在本工作中，我们设计了具有亲钠性质的铋化钠/钠互穿金属负极（Na/Na3Bi）。与块体钠相比，这种互穿负极提供了强烈的Na+吸附能力和低的离子扩散势垒，确保了Na+的均匀成核和快速迁移，从而实现在高电流密度下的均匀沉积和溶解。此外，亲钠性的铋基材料能够保证金属钠沉积在框架的内部，实现金属的致密沉积，有利于提高体积容量。Na/Na3Bi 金属负极能够同时承受高电流密度（5 mA∙cm−2）和高循环容量（5 mA∙h∙cm−2），并且可以在2 mA∙cm−2的电流密度下长期（长达2800 h）稳定循环。
城市化、人口增长以及食物-能源-水（food-energy-water, FEW）的加速消耗给经济、环境和社会（economic, environmental, and social, ESS）的可持续性发展带来了前所未有的挑战。当今世界正加速从自然生态系统向管理生态系统过渡，因此了解FEW 系统对实现联合国可持续发展目标（sustainable development goal, SDG）的潜在影响很有必要。由于FEW系统及相关网络具备复杂性和新兴行为，人们无法通过单一学科研究对其做出全面理解或有效预测，这是现存的主要障碍。本文提出了一个组织化研究框架，推动自上而下、跨学科地量化FEW系统和ESS系统间的相互关系。相关方法包括改善跨部门、跨尺度的协调互动，扩展和多样化供应链网络，革新技术促进资源的有效利用。这一框架可以指导战略解决方案的制定，削弱地区或国家内部不同部门对FEW资源的竞争，并在实施可持续发展议程时最大限度减少FEW资源及其可用性分配不平等的现象。
井壁稳定性对于油气勘探开发过程中的安全高效钻井至关重要。本文介绍了一种可以在水基钻井液钻井过程中强化井壁稳定性的疏水型纳米二氧化硅（HNS），采用线性膨胀实验、滚动回收率实验和抗压强度测试研究了其井壁强化性能，利用zeta 电位、粒径、接触角、表面张力等测试和扫描电子显微镜（SEM）观察分析了井壁强化机理。此外，利用接触角法计算了HNS处理前后页岩表面自由能的变化。实验结果表明，HNS在抑制页岩膨胀和分散方面表现出良好的性能，优于常用的页岩抑制剂KCl和聚胺。与水相比，HNS可使膨润土试样的线性膨胀高度降低20%，对强水化页岩的回收率提高11.53 倍。更重要的是，HNS可有效防止页岩强度的降低。机理研究表明，HNS良好的井壁强化性能可归因于三个方面：首先，带正电荷的HNS通过静电吸附中和部分黏土表面的负电荷，从而抑制渗透水化作用；其次，HNS在页岩表面吸附后可形成具有微纳米层次结构的'荷叶状'表面，显著增加页岩表面的水相接触角，大幅度降低了页岩表面自由能，从而抑制表面水化；再次，毛细作用的减弱和页岩孔隙的有效封堵减少了水的侵入，对井壁稳定有利。本文所述的方法对于抑制页岩的表面水化和渗透水化提供了一种新途径。
近20 年来，新兴有机污染物（EOC）在水环境中的污染现状和潜在危害引起了人们的广泛关注。由于EOC的种类多、数量大，监测项目、治理措施和法律法规应重点关注对生态系统和人体健康产生重要影响的污染物。本文提出了一种基于危害指数和暴露指数的多标准筛选方法，用于对我国地表水检出的405 种未管控的新兴污染物进行优先筛选。对污染物的危害效应、暴露潜力、生态风险和人体健康风险进行定量分析和初步筛选。危害指数为污染物持久性、生物累积性、生态毒性和人体健康危害的综合效应。同样，暴露指数为检出浓度和检出频率的综合函数。根据危害指数和暴露指数标准化值的乘积，对通过初步筛选的123 种污染物进行优先指数排序。根据排序结果，11 种污染物被列为最高优先等级，36 种污染物被列为高优先等级。通过比较优先指数与暴露指数、危害指数、生态风险、人体健康风险的排序结果，发现优先指数可以有效地整合单个指标的排序结果。根据暴露数据和危害数据的可获得性，划分了4 种不确定类别，并针对4 种不确定类别提出不同的应对措施：①对不确定类别1 中的污染物进行常规监测，制定环境质量标准和管控策略；②对不确定类别2 中的污染物增加环境监测项目；③不对确定类别3 中的污染物增加危害评估；④对不确定类别4 中的污染物增加环境监测和危害评估。总体上，本文提出了我国地表水中应优先控制的19 种新兴污染物名录建议，该名录为我国地表水中EOC的监测、控制、评价和管理提供了必要的信息。
主动式振动控制技术通常拥有优异的控制性能，但其在大型结构应用中常常伴随着巨大的能耗，使得我们在实际工程应用中较难看到它的身影。针对这一问题，本文创新性地提出了一种全新的解决方案：自供能的主动式振动控制系统；并针对性地对其拓扑设计、工作原理、能量流动等方面进行了介绍。通过对振动过程中能量流动的详细分析，我们进一步确认了系统的自供能可行性。此外，我们于实验室内搭建了一套所提出的自供能主动式控制系统，并成功将其应用到一个小型主动隔振台上。通过对解析、数值和实验结果的一系列探究，这个新型系统的有效性与可行性得到了充分的印证。预期这套新型装置可以非常容易地推广到其他多种工程领域中来实现所期望的主动控制效果。
细菌的碳青霉烯耐药性是全球公共健康面临的一个重大挑战，由碳青霉烯耐药菌（CRO）引起的临床感染通常有很高的发病率和死亡率。头孢他啶-阿维巴坦（CAZ-AVI）是一种新型头孢菌素/β-内酰胺酶抑制剂，为临床治疗CRO感染提供了一项重要选择。据报道，CAZ-AVI 能够抑制Ambler A类、C类以及部分D类酶的活性。然而，这种药物在临床使用后不久，细菌的耐药性就已经出现，并且呈上升趋势。了解细菌对CAZ-AVI 的耐药机制，对于指导开发新型治疗方法、帮助预测潜在的耐药机制至关重要。本文旨在系统总结CAZ-AVI 耐药菌株的流行病学发展过程和最近发现的CAZ-AVI 耐药机制；将重点关注β-内酰胺酶突变体的产生、β-内酰胺酶高表达、细胞表面通透性降低以及药物外排泵的过表达。短时间内多种CAZ-AVI耐药机制的产生，强调了临床合理用药的重要性以及监测CAZ-AVI 耐药性病原体的必要性。
自20 世纪90 年代以来，持续的科技进步突破了光学显微镜的衍射极限，使三维超分辨显微成像技术得以实现。回顾这些历程，一个重要的里程碑是基于两个对置物镜的4Pi 显微架构及其超分辨版本的出现。鉴于此，本文综述了4Pi 超分辨显微术的近期进展。总体上，4Pi 超分辨显微镜为透明样品观测提供了一
种能够突破衍射极限、非侵入、各向同性的三维分辨率的技术手段。具体而言，本文针对目标开关和随机开关两个主要4Pi 超分辨显微术版本，讨论了它们的架构、原理、应用和未来发展趋势。