携带抗生素抗性基因（ARGs）的抗生素抗性细菌（ARB）能够降低或消除抗生素的有效性，从而威胁人类健康。联合国环境规划署将抗生素抗性列为六个值得关注的新兴问题中的首要问题。结合紫外线（UV）照射和化学氧化（主要是氯、过氧化氢和过硫酸盐）的高级氧化工艺（AOPs）作为一种先进的水和污水处理技术，正受到越来越多的关注。由于能够产生多种活性物质，相比单独的紫外线照射或化学氧化，这些组合技术显著提高了ARB灭活和ARG降解的效率。本文基于最近的研究，回顾了UV/氯、UV/过氧化氢和UV/过硫酸盐工艺在控制ARB和ARG方面的性能及其潜在机制，讨论了影响这些工艺效率的因素，包括生物因素、氧化剂剂量、紫外线强度、pH值和水基质特性。此外，本文基于单位数量级能耗对不同UV-AOPs进行了成本效益评估。在污水处理基质中，UV/氯工艺显示出比其UV-AOPs更高的效率和更低的能耗，表明其在污水处理中用于ARB灭活和ARG降解的潜力。对于真实污水处理，需要进一步研究如何权衡UV/氯工艺的能效与有毒卤代副产物的形成，以促进其在控制ARB和ARG方面的优化和应用。
新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的首波大流行导致地表水中几种抗病毒药物和抗生素的浓度明显增加。COVID-19的常见症状为病毒和细菌感染，但合并症（如高血压和糖尿病）以及心理冲击（如失眠和焦虑）也不容忽视。然而，人们对COVID-19相关的合并症和心理冲击对地表水中微量有机污染物（OMPs）的长期影响知之甚少。在此，我们在2019年至2021年期间对中国武汉地表水和污水处理厂（WWTPs）中的114种OMPs进行了检测。结果显示26种OMPs浓度显著增加，这证实疫情导致地表水OMPs污染加重。4种降压药和1种糖尿病药物浓度显著增加，这表明合并症的治疗也会提升地表水中部分OMPs的污染水平。值得注意的是，可替宁（尼古丁的代谢物）浓度增加了155倍，达到187 ng∙L-1，这一变化可能与吸烟量的增加有关。此外，唑吡坦和舒必利浓度的增加可能由失眠和抑郁加重引起。因此，心理健康保护药物/行为也可能加剧地表水OMPs污染。在检测到的OMPs中，替米沙坦、洛匹那韦和利托那韦因其较低的WWTPs去除率和较高的生态毒性而具有显著较高的生态风险。本研究为疫情期间合并症与心理冲击对地表水中OMPs的影响提供了新的视角，并强调了监测相关药物在水生环境中的归宿以及提高WWTPs对此类药物去除效率的必要性。
《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》对186个缔约方具有法律约束力（截至2023年4月）。根据该公约，除其他责任外，各国有义务报告该公约附件A、B或C中所列持久性有机污染物（POPs）的生产、进口或出口情况；向登记处提供相关信息；维护POPs清单；监测环境中POPs存在情况。在国际化学品和废物管理、生产者责任、统一报告以及遵守国家和国际法规等更广泛的背景下，厄瓜多尔在其国家实施计划中处理了新列入的全氟和多氟烷基物质（PFAS）组，并从其国内市场选取部分产品进行了PFAS分析。所分析的产品来自于最初列出的特定豁免类型清单，并且符合人们可接受的使用目的，包括消防泡沫、影像辅助材料、润滑油/去油剂、各类纸张/包装、纺织品、皮革、涂料、清洁剂、金属电镀和杀虫剂等。研究结果表明，目前已列入《斯德哥尔摩公约》的三种PFAS仅能在少数样品中测定出；其他尚未列入《斯德哥尔摩公约》的PFAS的检出频率也很低。尽管样品数量有限，但样品涵盖了广泛的基质类型，因此可以我们得出结论，一旦上述产品成为废物并受到《巴塞尔公约》的管制，则不构成处置问题。然而，核查市场上产品中是否含有PFAS预计会给发达国家和发展中国家均带来分析方面的挑战。
城市生活垃圾（MSW）是废塑料的重要归宿。在垃圾处置过程中，大塑料碎片会被分解成微塑料（MPs）并释放到渗滤液中。然而，现有研究仅关注垃圾填埋场渗滤液，其他类型渗滤液中MPs存在特征尚不清楚。因此，本研究分析了来自中国最大固体废物处置中心的垃圾填埋场渗滤液、干垃圾渗滤液和湿垃圾渗滤液三种类型渗滤液中MPs的丰度及特征。结果表明，不同类型渗滤液中MPs的平均丰度为(129±54) ~ (1288±184) particles·L-1，湿垃圾渗滤液中MPs的丰度最高（p < 0.05）。不同类型渗滤液中聚合物类型具有差异，其中聚乙烯（PE）和碎片分别是所有渗滤液中主要的聚合物类型和形状。此外，条件破碎模型表明，垃圾填埋过程对渗滤液中MPs的尺寸分布有较大影响，垃圾填埋场渗滤液中小尺寸MPs（20~100 μm）所占比例（> 80%）高于其他渗滤液。据我们所知，这是第一个讨论不同类型渗滤液中MPs来源的研究，研究结果有助于MSW处置过程中MPs的污染控制。
微塑料（MPs；< 5 mm）已成为全球最突出的环境污染问题之一。微塑料可通过大气迁移扩散至高海拔地区，然后随着降雨或降雪沉积到地表，对自然生态系统的结构和功能造成潜在威胁。陆地和水生生态系统中的微塑料会改变生物体的生长和功能特征。然而，全球气候变暖的背景下，沉积在雪中的微塑料带来的潜在危害却很少引人关注。本文对内蒙古高原地表积雪中采集的微塑料进行了定性和定量分析。结果表明，沉积雪样品中的微塑料相关浓度约为(68 ± 10)~(199 ± 22) MPs∙L-1，最常见的形态为纤维状，且聚合物组成种类多样，而微塑料的丰度和组成在很大程度上受人类活动的影响。高通量测序结果表明，不同微塑料污染特征的沉积雪样本中细菌和真菌的组成及丰度也不相同，同时微生物功能多样性方面也存在较大差异。微塑料可能对沉积雪中微生物的个体生长和功能表达会产生干扰作用。此外，研究结果还表明，城市中的功能生活区（如垃圾填埋场和郊区）的微塑料污染存在区域差异性。例如，来自发电厂的沉积雪样本中的微塑料丰度最高，而来自郊区的样本中微塑料丰度明显较低。因此，沉积雪中的微塑料会改变微生物的结构和功能，进而可能对生态系统健康构成潜在威胁。
高级氧化技术（advanced oxidation processes, AOPs）在水处理领域已被广泛用于降解各类新污染物，但由于含卤官能团在氧化环境中具有很强的反应惰性，限制了AOPs对卤代抗生素的脱卤和毒性削减效果。为克服上述缺陷，本研究以氟苯尼考（florfenicol, FF）为代表性污染物，利用二氧化碳自由基（carbon dioxide radical anions, CO ）为主导的高级还原技术（advanced reduction processes, ARPs），实现了卤代抗生素的同步降解、脱卤和毒性削减。结果表明，在CO 体系中FF实现了完全降解和高效脱卤，120 min内脱氯和脱氟效率分别达到了100%和46%；同时FF的毒性削减效果和脱卤效率呈线性负相关（R 2=0.97, p<0.01）。与羟基自由基（hydroxyl radical, ·OH）体系相比，无卤产物的生成是CO 体系具有更好毒性削减效果的主要原因。产物鉴定和密度泛函理论（density functional theory, DFT）计算结果表明，FF的含氯官能团比其他官能团更容易受到CO 的亲核进攻，进而诱导后续脱卤过程。除FF外，CO 体系对包括氯霉素（CAP）、甲砜霉素（THA）、双氯芬酸（DLF）、三氯生（TCS）和环丙沙星（CIP）在内的多种卤代抗生素均表现出良好的脱卤效果（>75%）。该体系不仅对天然水体组分和溶液pH具有良好的耐受性，而且在实际地下水中具有卓越的降解性能，证明CO 体系具有很强的应用潜力。本研究阐明了CO 用于卤代抗生素同步降解、脱卤和毒性削减的可行性。
紫外高级氧化工艺（UV-AOPs）对水中微污染物的降解效果受水基质强烈干扰。UV-AOPs产生的各种活性自由基（RR）与水基质和目标微污染物具有不同的反应活性，因此，对UV-AOPs进行工艺选择和优化具有重要意义。本研究通过结合模型模拟与便携测量，开发了UV-AOPs对微污染物的光子剂量基降解速率常数（k ）预测方法。便携测量通过细管流光反应系统测定水基质对UV-AOPs中主要RR（即HO•、SO 和Cl•）的捕获容量（RRSC）。模型模拟由光化学模型、定量构效关系模型和自由基浓度稳态近似模型组成。本研究测定了8种水体的RRSC值，水基质越复杂，其RRSC值越大。然后，以磺胺二甲基嘧啶、咖啡因和卡马西平为模型微污染物，预测了这8种水体中UV-AOPs对其降解的k 值，并进行了实验验证。研究发现由于对RR更强烈的竞争，具有更高RRSC值的水基质将导致更低的k 值，例如，在一饮用水厂的原水（RRSC = 9.47 × 104 s-1）和砂滤池出水（RRSC = 2.87 × 104 s-1）中，UV/H2O2降解卡马西平的k 值分别为130.9和332.5 m2·einstein-1。本研究开发的方法有助于UV-AOPs的工艺选择和优化，对提升水处理效率和节约成本具有重要意义。
透明光刻胶具有高折射率（RI）和可见光波段的高透光性，在光学领域中展现了广阔的应用前景。本文报道了一种高折射率光学材料，其由纳米氧化钛粒子与丙烯酸树脂材料组成，可用于紫外（ultraviolet, UV）光压印。复合膜经过UV光固化后在589 nm处具有高达1.67的折射率，并且在可见光区保持了较高的透过率（大于98%）和较低的雾度（小于0.05%）。复合树脂可以被简单高效地加工成微结构，用作导光板时能够将光线从侧面引导至顶部，以节省显示设备的能源。这些基于实验室和商业实验的初步研究，为纳米复合树脂光学性能的开发以及后续的工业化应用奠定了基础。
为了促进高端便携式电子产品进一步发展，迫切需要发展具有高能量密度和高功率密度特性（简称“双高”）的锂离子电池（LIBs）。钴酸锂（LiCoO2）是目前商业化最为成功的正极材料，却仍然面临着工作电压较低和快充能力不足的挑战，远未达到双高储能目标的要求。在此，我们系统地总结和讨论了高电压和快充钴酸锂正极的研究现状，深入探讨了该领域的关键基础挑战、多种改性策略的最新研究进展和未来展望。本文首先全面详细地讨论了钴酸锂关键失效机制，包括体相结构退化、界面结构失稳、非均质反应过程和缓慢的界面反应动力学。随后，文中对已发展的改性策略和改性机制进行了归纳总结，分为通过元素掺杂（包括锂位点、钴位点、氧位点和多位点掺杂）提升锂离子扩散速率和体相结构稳定性以及通过表面包覆（包括电介质、离子导体、电子导体材料及其组合）提升表界面结构稳定性和离子/电子导电性、纳米化、多策略组合及其他策略（包括电解质、黏合剂、电极的曲折度、充电协议和预锂化方法的优化）。最后，我们对前瞻性观点和具有前景的研究方向进行了深入阐述，为设计和实现用于下一代双高锂离子电池的高电压快充钴酸锂正极提供了独到的建议和理论指导。
随着人类寿命的延长，与衰老相关的脑部疾病的负担，尤其是老年痴呆，正日益增加。脑衰老会增加认知障碍的风险，表现为逐渐丧失的神经元功能，这主要是源于脂质稳态紊乱而导致的突触可塑性受损。因此，补充膳食脂质有望预防脑衰老。本文从结构和机制两个角度总结了膳食脂质在脑功能中的重要作用。流行病学和动物研究提供了多不饱和脂肪酸（PUFA）在大脑健康中作用的证据。干预结果表明，磷脂（包括磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸和缩醛磷脂）能有效缓解衰老过程中的认知障碍，其中缩醛磷脂的功效高于磷脂酰丝氨酸。缩醛磷脂由于其特殊的乙烯醚键和在神经元突触后膜的丰富性，而在临床试验中成为公认的营养素。未来的研究应检测缩醛磷脂在缓解脑衰老疾病方面的剂量依赖性作用，并应发展其临床应用的提取和储存方法。
水凝胶构建的组织工程皮肤因其具备再生完整皮肤结构和功能的潜力，受到了越来越多的关注。然而，水凝胶支架的力学性能与天然皮肤存在显著差异。因此，我们开发了一种聚乙烯醇（PVA）/丙烯酰胺互穿网络（IPN）水凝胶，并使用聚多巴胺（PDA）对其进行表面修饰，命名为Dopa-gel。Dopa-gel不仅表现出与天然皮肤组织相似的力学特性，还具有出色的旁分泌调节性能。此外，该水凝胶可通过三维打印制备具有抗拉伸性能的皮肤修复支架。实验结果表明，相互渗透的PVA、海藻酸盐和聚丙烯酰胺网络显著提升了水凝胶的力学性能。经PDA表面修饰后，水凝胶能促进细胞分泌免疫调节因子和促血管生成因子。在体内模型中，Dopa-gel可加速皮肤伤口愈合，增加组织血管化，并促进伤口区域巨噬细胞从M1促炎表型向M2促愈合和抗炎表型转化。Dopa-gel可能通过黏着斑激酶（FAK）/细胞外信号调节激酶（ERK）信号通路增强细胞旁分泌，促进皮肤缺损的愈合。此外，在拉伸应力条件下，Dopa-gel可通过Rho相关激酶-2（ROCK-2）/血管内皮生长因子（VEGF）信号通路旁分泌促血管生成因子。综上所述，Dopa-gel具备与天然皮肤组织相似的力学性能，同时兼具免疫调节和血管生成特性，是一种极具前景的皮肤组织再生支架。
随着人口老龄化程度的加深，老年人股骨转子间骨折已然成为最严重的公共卫生问题之一，也是创伤骨科领域的研究热点。用于治疗股骨转子间骨折的内固定系统会因其技术局限性和髓内钉的机械设计缺陷引发术后并发症，从而延误患者康复。基于“张氏N三角理论”设计的股骨近端仿生髓内钉（PFBN）可以提供三角形支撑固定，从而大大减少并发症的发生，已被广泛用于不稳定型股骨转子间骨折的临床治疗。本研究建立了一个等效生物力学模型，以分析使用PFBN治疗不稳定型股骨转子间骨折的骨重建效果。结果显示，与股骨近端防旋髓内钉（PFNA）和InterTan相比，PFBN可以显著减少股骨近端的最大应变。基于Frost的力学稳态理论，PFBN可以将股骨近端的局部力学环境调节至生理性过载范围，从而促进老年人股骨转子间骨折术后康复。本研究表明，PFBN是治疗不稳定型股骨转子间骨折的有效解决方案，并就内固定方法的改良指明了方向。
随着深空探测技术的不断发展，地外基地的建设将成为人类深空探索进程中的里程碑。相较于其他建造方法，原位建造技术成本低、效益高，具有更优异的可持续发展潜能。本研究总结与梳理了地外星壤基材料关键工程性能及其表征的研究进展，介绍了十三种典型星壤基材料的原位固化成形方法，系统总结了地外星壤基材料的三大类关键工程性能，即力学性能、热/光学性能以及辐射屏蔽性能，进而分析指出了各类性能的影响因素和优化方法。总体而言，现有的挑战在于如何全面、长期与真实地表征地外星壤基材料的关键工程性能。相应地，建议的未来研究方向包括：多物理场耦合条件下的高通量表征、极端环境下的加速寿命试验与真实地外场景下的原位实验。
土地利用/土地覆盖表示人类社会系统和地理环境系统的相互作用和影响，引起自然和人类相关问题以及利益关联者之间的潜在冲突。该研究引入土地生态系统服务价值和农民经济状况属性，开发基于元胞自动机和多智能体耦合的仿真模型，有效处理社会经济和土地利用协同的问题，以研究人类与环境相互作用，并对华南湿润地区土地利用变化情况进行预测。引起土地利用/土地覆盖改变的驱动因子包括自然属性数据和社会经济数据。元胞自动机耦合多智能体模型主要包括初始化模块、迁移模块、资产模块、土地适宜性模块和土地利用变化决策模块。本研究应用空间逻辑回归模型以获得影响城市用地的社会经济因素转换概率。同时，引入了多准则评价和马尔可夫模型，以获得影响生态用地的自然属性因素转换概率。本研究提出了一种基于多智能体模型的元胞自动机-空间逻辑回归-多准则评价-马尔可夫的土地利用转换模型（ABCSMM），以探索多种政策对土地利用转换的影响。该模型考虑林地转换、城市扩张、生态系统服务价值和土地利用决策之间的联系，以便更精准地复刻观察到的土地利用模式。多政策情景下的土地利用模拟结果揭示了该模型在土地利用管理规范研究中的实用性。
本文提出并演示了一种可自动跟踪波束的双向无线通信反向阵（RDA）。该RDA通过专用芯片设计实现，该芯片采用国产互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造。高度集成的CMOS芯片包含接收（Rx）链、发射（Tx）链以及一个独特的跟踪锁相环（PLL），可用于RDA中关键的共轭相位恢复。本文还提出了一种减小常规RDA波束指向误差（BPE）的方法。为了实验验证上述创新方案，本文在2.4 GHz低频段演示了RDA 接收机芯片和发射机芯片之间的双向通信，其中片上正交耦合器实现了23 dBc非反向信号抑制。实验结果表明，采用国产低成本0.18 μm CMOS工艺自研的RDA芯片，可实现±40°波束自动跟踪，并降低波束指向误差。研制的RDA CMOS芯片面积紧凑，仅为4.62 mm2，功耗低至0.15 W。据作者所知，这是首款全定制CMOS RDA芯片，该芯片可用于双向无线通信，无需复杂波束控制系统，便可实现波束自动跟踪功能。
复杂网络系统涵盖了从自然界的生物系统到人工制造的基础设施系统等诸多领域，对故障具有自发恢复能力。例如，大脑在癫痫发作后可能会自发恢复正常，交通堵塞后也可能再次变得顺畅。以往动态网络自发恢复的研究主要局限在无向网络上。然而，在现实世界中，大多数网络是有向的。为填补这一空白，本研究建立了一种节点故障与自发恢复交替发生的有向动态网络模型，同时开发了一套理论工具来分析网络的恢复特性。该工具可准确预测活跃节点的最终比例，预测准确性随网络中双向边比例的增加而降低，这凸显了网络方向性的重要性。根据不同的初始状态，有向动态网络在相同的控制参数下可能表现出不同的稳定状态并呈现出滞后行为。此外，对于小规模网络，活跃节点的比例可能在高低状态之间震荡，这种现象可以模拟重复的故障恢复过程。这些发现有助于阐明系统恢复机制，更好地指导高韧性网络系统的设计。
电子束熔丝增材制造是一类有发展潜力的新兴金属增材制造技术。但在该技术中，电子束对丝端悬垂熔滴的影响规律尚不明确。本研究期望通过分析丝端悬垂熔滴的振荡现象来提升对前述影响规律的认识。丝端悬垂熔滴的振荡现象阻碍了熔滴稳定地向熔池过渡，并制约了利用电子束熔丝增材制造技术制备点阵结构零件的可行性。因此，本研究还计划开发一种熔滴振荡的抑制方法。实验发现，熔滴振荡的主要特征是振幅逐渐增大且非对称。熔滴振荡的主要驱动力为电子束作用于熔滴局部表面产生的反冲压力。反冲压力的物理本质是电子束作用的局部表面的温度快速上升和温度不均匀分布。真空、高能量密度及旁路送丝是熔滴振荡的产生条件。本研究提出的电子束动态环绕熔化方法能够有效地抑制振荡，保障熔滴准确过渡至熔池中，并实现点阵结构零件柱状组元的稳定制备。电子束动态环绕熔化技术的振荡抑制机理是降低熔滴温度和提高温度分布均匀性。本研究提供了解释电子束对熔滴作用机制的物理基础和利用电子束熔丝增材制造制备复杂点阵结构零件的技术基础。
针对传统柴油拖拉机田间作业温室气体与颗粒物排放过大以及牵引效率低下的问题，本文研究并创制了一种纯电动轮边驱动拖拉机，主要包括电机驱动系统、电池压载系统以及悬挂控制系统。本研究搭建了复杂土壤条件下电动拖拉机犁耕机组的动力学模型，提出了驱动轮转矩主动控制方法和悬挂系统牵引力-前后轴荷协同控制方法。最后，对拖拉机进行了原型设计与装配试制，并开展了田间犁耕试验。试验结果表明，相比于平均转矩分配模式，本研究提出的主动转矩分配控制方法可降低拖拉机滑转率14.83%，提高牵引效率10.28%。相比于常规牵引力控制模式，本文提出的牵引力-压载协同控制方法提高拖拉机的牵引效率3.7%，降低滑转率15.05%，降低驱动电机总能耗 4.9%。本研究将有助于提高复杂土壤条件下电动拖拉机机组作业质量与牵引效率。
