将中国传统民间艺术“吹糖人”与先进的纳米材料制备相结合，会擦出什么样的火花呢？哈尔滨工业大学（威海）材料科学与工程学院副教授周薇薇去年曾受“吹糖人”的启发，制出类似于“糖浆”的黏稠状前驱体，再将其快速加热并利用过程中产生的大量气体“吹”成二维纳米片。
近日，周薇薇课题组与该校海洋科学与技术学院教授朱永明课题组合作，将该方法进一步延伸，“吹”出了由二维碳纳米片和一维碳纳米管构成的三维碳网络，首次实现了一维和二维碳材料的同步、原位生长。该研究成果刊登在国际著名期刊《纳米尺度》上中国机械网okmao.com。
新方法工艺简单、绿色环保
据周薇薇介绍，常见的一维碳材料和二维碳材料复合结构的构建通常需要先合成二维碳材料作为基底，在二维碳材料上引入催化剂后，再进行一维碳材料的生长。“我们的新方法通过催化剂颗粒的预先引入，以及碳源的同步添加，可以在合成二维碳纳米片的同时，催化生长一层一维碳纳米管，也就是一维和二维碳的同步生长。”据周薇薇介绍，该方法实现了宏观上制备工艺的简化，由之前两步以及多步的合成工艺简化到一步合成，合成效率大幅提高。同时，该做法能充分地利用每种合成原料，原料利用率高，污染小，绿色环保。此外，该方法合成出来的材料是一个整体结构，避免了材料合成过程中经常遇到的相容性问题，整体结构更稳定、协同程度高，而并非两种单独材料的机械结合。
在这个过程中，材料界面相容性、复合材料结构构建、生产成本和环保性是团队需要跨越的“三道关”。“无论是材料体系的变化和催化剂的引入，都会面临材料不相容的问题，我们通过辅助模拟计算，最终选择了能使材料体系稳定并且催化剂能在其中均匀分布的体系。”周薇薇说。此外，团队选用的都是常见的、价格低廉的原料，成本低，反应简单无副产物，大大减少了试验过程中毒害物质的排放和后处理过程，实现绿色合成。
新催化剂将“纸张”变成“毛毯”
近几年来，可再生能源领域面临着无数的挑战和机遇。作为储能装置的锂离子电池和超级电容器在工业领域的应用极为广泛，然而由于常见的储能电极材料成本高昂、制备工艺复杂，产业化道路举步维艰。
对于储能材料而言，二维材料一直是研究人员关注的焦点。周薇薇告诉科技日报记者：“二维材料由于表面能较大，不可避免地会遇到堆叠的问题，这会大大降低材料的表面积，从而导致材料性能的急剧降低，而多孔二维材料同时还面临导电率差的问题。”
据她解释，如果把有丰富活性位点的二维储能材料看作一张张写满字的纸，当纸张堆叠在一起，纸张上的字就也被遮住了。因此，团队设想，要是能设计一种方法，将“纸张”变成“毛毯”就好了，“这样既保留了二维材料表面丰富的优势，又能有效通过中间缓冲层防止材料的堆叠”。
“因此，我们在之前工作的基础上，开辟了新的实验体系，探究了几十种实验方案，最终找到了能和催化剂稳定相容的体系。催化剂的存在不仅可以催化碳纳米管的生长，也有利于调控二维碳材料的尺寸。并且生长出的碳管不仅可以作为缓冲层，防止片层结构的堆叠，其优异的导电性也弥补了多孔二维碳材料导电性差的缺点。”周薇薇说。
储能之外新材料大有可为
采访中，研究人员表示：“目前用于储能设备的高性能电极材料的合成仍面临着成本和制备条件的制约。我们希望这种绿色环保、安全快捷的大规模制备工艺能够推动储能器件的应用，加速可再生能源的发展进程。”
周薇薇高兴地表示，测试证明，这种绿色环保、安全快捷的宏量制备方法制备出来的材料不仅在锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等储能领域表现出性能优异，并且得益于材料优异的结构和性能，在水处理和电磁波的吸收和屏蔽领域也有巨大的应用价值。
据周薇薇介绍，接下来团队希望从内部优化和外部延伸两个方面安排研究计划：“一方面，我们需要通过进一步优化实验工艺条件和参数，探究在此体系内最合适的实验方案，最大限度地发挥材料的性能。另一方面，我们希望合成策略也不止步于此，并通过积极地外界沟通建立合作，延伸体系的覆盖范围，让我们‘吹出来’的材料及合成策略在更多领域发挥价值。”
如果说3G是汽车速度，4G是飞机速度，那么5G就是火箭速度。作为新一代信息通信技术，5G的网络速度和质量得到跨越式提升。
几秒下载一部电影、随时随地实现无人机操控、无延时直播医疗手术过程、为工业生产赋予更多可能性……近来，各行各业纷纷尝鲜5G，本报记者走访一线，感受新技术带来的变化。
6月3日，工业和信息化部对外透露，当前全球5G正在进入商用部署的关键期，我国5G产业已建立竞争优势。近期，工业和信息化部将发放5G商用牌照，我国将正式进入5G商用元年。
今年以来，5G的发展驶入快车道，各类新应用、新业务如雨后春笋般涌现。北京朝阳门落地国内首个5G营业厅，上海开建首个5G火车站、建成首个5G高校，河南建成全国首个5G医疗实验网……
搭上5G的快车，我们的生活会发生哪些想象不到的变化？工业生产又将迎来怎样的效率提升？带着这些问题，记者奔赴现场，捕捉5G带来的新鲜体验。
“太清楚了，我在黄浦江边，你就像在我身边”
5G+通信：生活通信体验火箭速度
只要花几秒钟，就能通过5G网络下载一部1G大小的高清电影——这样的期待，已经成为现实。国内首个5G营业厅近期正式落地北京朝阳门，营业厅也已完成5G试验网络覆盖，市民现在就可以去营业厅“尝鲜”。
虽然目前国内的5G终端还没有商用上市，但在营业厅里，工作人员利用专业设备，将5G移动信号转换为WiFi信号，市民用现有的4G手机、笔记本电脑等设备接入后即可体验5G高速网络。
接入5G网络后，观看在线高清视频无卡顿，玩游戏也毫无延时。工作人员用专用设备测试显示，多用户FTP下载速率的峰值最高可达450Mbps，平均速率200Mbps。
据介绍，到2022年，北京市各大运营商5G网络投资累计将超过300亿元，实现首都功能核心区、城市副中心、重要功能区、重要场所的5G网络全覆盖。
“我现在用5G手机、5G网络和你通话。你那儿清楚吗？”“太清楚了，我在黄浦江边，你就像在我身边。”
这段对话发生在前不久上海市举行的“全球双千兆第一区”开通仪式上。上海市副市长吴清向场外的上海航运交易所总裁张页拨通了全球首个行政区域5G网络手机通话。
记者在现场设置的5G体验区感受到，5G的火箭速度正在为生活的方方面面带来更多可能性。
比如，5G应用于无人机，可以实现4K超高清VR（虚拟现实）视频的实时回传，而目前的无人机只能实时回传1080P的平面视频。
此外，无人机操控也有了新方式。“目前是飞手通过遥控器对无人机进行控制，局部遥控距离只有一公里左右，而通过5G网络就没有这种限制了，只要有5G网络覆盖的位置，就可以实现对无人机的控制。”现场工作人员介绍。
上海市经信委副主任张建明介绍，今年年内，上海将建成超过1万个5G基站。
据悉，作为国内第一批5G试点城市，广州、深圳目前也在加快5G基站的建设，计划今年内完成1万座5G基站的建设，并在年内实现5G试商用。
“尽管前方没人，但车辆内的情况我们都清清楚楚”
5G+交通：车辆运维更加高效智慧
繁星点点的夜幕之下，霓虹灯闪耀，如子弹头一般外形的车辆，在密集的楼宇中自由穿梭……这是2019年央视春晚呈现的“未来世界”。
节目中的主角——云巴，如今正在深圳市坪山区比亚迪集团的办公楼、停车场和职工宿舍之间来回穿梭。
座椅、乘客扶手、影音显示屏……走进云巴，车厢内设施给人的第一印象，与普通地铁车厢并无太大区别。不过，车厢两头弧形玻璃处开阔的视野，却显示了这趟车的特别之处。
由于采取了无人驾驶技术，整个列车空间都能用于容纳乘客，因此内部显得非常宽敞。无人驾驶系统可实现24小时不间断智能化运行。发车、停车、休眠等功能，均可自主完成，无需人工操作。
比亚迪通信信号有限公司副总经理夏景辉介绍，5G技术的大规模连接，可以将云巴线网中的所有设备，接入到同一网络进行管理，从而实现更高效智能的运营维护。
在云巴的控制中心，记者看到，车厢和站台影像、车辆运行和轨道状态等诸多数据，都实时显示在大屏幕上，4名工作人员正密切关注着云巴系统的运行状况。
这些数据和影像的秘密，就在云巴轨道上。这条长1.5公里的轨道，已实现了5G网络全覆盖。设置在站台和车厢内部的摄像头所拍到的高清画面，通过5G网络快速回传至后台。工作人员在电脑上，便可实时监测车辆内部的情况，一旦发现异常，能第一时间做出反应，预防交通危险。
比亚迪研发中心研究员江奕辰介绍，在过去的网络条件下，最多只能支持4路的视频影像回传。现在则可以实现对几十路高清视频进行实时监测。“尽管前方没人，但车辆内的情况我们都清清楚楚。”
“几乎没有延时，就像站在主刀医生身边现场观摩一样”
5G+医疗：高清实景实现送医上门
4月3日上午9时许，在粤西山区县级市高州市人民医院心外手术室，一台特殊的手术正在精心准备中，手术台前支起了超大显示屏，主刀医生心外科二区主任何勇的手术头套上还戴着一个高清无线探头，各种专用设备连接已经就绪。
而在400公里之外的广东省人民医院，心脏微创学科带头人郭惠明教授及团队已经在屏幕前早早等候。在高州市人民医院的另一幢楼里，心外科学科带头人王茂生等也正透过屏幕关注着手术室里的一切。
3月底，湛江雷州市龙门镇41岁的田姨来到高州市人民医院求医，经确诊她患有先天性心脏病房间隔缺损、三尖瓣关闭不全、重度肺动脉高压、心功能衰竭，只有手术才能“救心”。这位患者已属“高龄”，病情较为复杂，手术难度较高。
两地专家研究后，决定采取微创手术方案，并借助5G技术实现省里专家与市里的大夫“同台手术”。在手术进行之前，患者的所有检查和资料传到省人民医院，省人民医院按照3D打印的心脏模型，进行了充分的直播准备。
10时许，手术开始了。何勇低头弯腰摆好手术动作，戴在头上的高清探头直对着手术区域，超高清画面实时传输到广东省人民医院和高州市人民医院的高清显示屏上。“清晰度非常高，几乎没有延时，就像站在主刀医生身边现场观摩一样。”现场观摩的医生表示。
“注意体位，将患者右侧胸腔垫高30度”“心包是否在这里打开？”……得益于5G实时双向超高清远程手术实景直播，3个小时后，手术宣告成功！
“5G技术实现了超高清实景显示和低延时，这对远程手术至关重要。”王茂生介绍，5G的应用让专家可以在手术进行过程中手把手地指导，及时给出意见。这能助力省级优质医疗资源下沉到县域，造福更多山区患者。
“通过APP实时掌握所有情况，根据订单组织生产更高效”
5G+制造：工厂生产装上智慧大脑
各式机械手臂来回翻飞，焊接、组装，忙个不停；大大小小的屏幕上光影闪烁，传递着一条条数据、指令……在位于武汉光谷藏龙岛的中国信科集团虹信公司5G智慧工厂，空无一人的厂房里却显得格外忙碌。这是公司与湖北移动联合打造的全国首条5G智能制造生产线。
湖北移动5G办公室智慧工厂项目经理毛骞介绍，智慧工厂引入基于5G的工业互联网的“5G无线+5G边缘计算+移动云平台”组网模式，实现了信息采集交互和协同生产。
在工厂信息管理平台的大屏幕上，整条生产线的订单与生产数据、监控视频、设备运行状态等一目了然。生产部经理张伟介绍，这些数据通过5G网络实时采集，与5G架构下的工业互联网平台互通，管理人员在管理平台甚至手机APP上就可以实现智慧管理。
“以前每次设备维护都要到现场排查和处理故障。”张伟说，现在任何联网设备发生故障，系统都能直接发现并报警，然后通过解析不同的故障代码直接确定问题原因。信息传送、故障处理响应时间缩短80%，极大提升了运维效率。
虹信公司客户代表李伟介绍，基于5G的工业控制交互操作让订单与生产实现了无缝对接。“以前，客户下单后，我们要一遍遍打电话沟通不同部门，了解生产、配送等流程的进展。现在通过APP实时掌握所有情况，根据订单组织生产更高效。”
“经由5G改造后，工厂生产人员减少95%，运维人员减少20%，整体生产效率却提升了30%以上。”毛骞介绍。