自然（20221117出版）一周论文导读

　　编译冯维维
　　Nature，November2022，Volume611Issue7936
　　《自然》，2022年11月，第611卷7639期
　　化学
　　Chemistry
　　Fastchargingofenergydenselithiumionbatteries
　　能量密集型锂离子电池的快速充电
　　作者：ChaoYangWang，TengLiu，XiaoGuangYang，ShanhaiGe，NathanielV。Stanley，EricS。Rountree，YongjunLengBrianD。McCarthy
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022052810
　　摘要：
　　具有富镍层状氧化物阴极和石墨阳极的锂离子电池的比能量已经达到250300Whkg1，现在有可能制造出90千瓦时、具有300英里的巡航里程的电动汽车（EV）包。然而，由于有限的原始资源供应和过高的成本，使用这样的电池来缓解里程焦虑并不适用于主流电动汽车。10分钟快速充电可以缩小电动汽车电池的负担能力和可持续性，而不会引起里程焦虑。然而，能量密集电池（超过250Whkg1或高于4mAhcm2）的快速充电仍然是一个巨大的挑战。
　　作者将基于非对称温度调制的材料不可知方法与热稳定的双盐电解质相结合，以实现在12（或11）分钟内将265Whkg1电池充电到75（或70）状态，循环超过900（至2000）次。这相当于50万英里的里程，每次充电都是快速充电。此外，作者构建了一个电池组数字孪生子，以评估其冷却和安全性，并证明热调制4C充电只需要空气对流。这为电池包开发提供了一种紧凑且本质安全的途径。仅在快速充电过程中产生高活性电化学界面的快速热调制方法，对于实现下一代材料（包括硅和金属锂等阳极）的稳定和快速充电具有重要的潜力。
　　Abstract：
　　Lithiumionbatterieswithnickelrichlayeredoxidecathodesandgraphiteanodeshavereachedspecificenergiesof250300Whkg1，anditisnowpossibletobuilda90kWhelectricvehicle（EV）packwitha300milecruiserange。Unfortunately，usingsuchmassivebatteriestoalleviaterangeanxietyisineffectiveformainstreamEVadoptionowingtothelimitedrawresourcesupplyandprohibitivelyhighcost。TenminutefastchargingenablesdownsizingofEVbatteriesforbothaffordabilityandsustainability，withoutcausingrangeanxiety。However，fastchargingofenergydensebatteries（morethan250Whkg1orhigherthan4mAhcm2）remainsagreatchallenge。Herewecombineamaterialagnosticapproachbasedonasymmetrictemperaturemodulationwithathermallystabledualsaltelectrolytetoachievechargingofa265Whkg1batteryto75（or70）stateofchargein12（or11）minutesformorethan900（or2，000）cycles。Thisisequivalenttoahalfmillionmilerangeinwhicheverychargeisafastcharge。Further，webuildadigitaltwinofsuchabatterypacktoassessitscoolingandsafetyanddemonstratethatthermallymodulated4Cchargingonlyrequiresairconvection。Thisoffersacompactandintrinsicallysaferoutetocelltopackdevelopment。Therapidthermalmodulationmethodtoyieldhighlyactiveelectrochemicalinterfacesonlyduringfastcharginghasimportantpotentialtorealizebothstabilityandfastchargingofnextgenerationmaterials，includinganodeslikesiliconandlithiummetal。
　　Intrinsicglassymetallictransportinanamorphouscoordinationpolymer
　　非晶配位聚合物中玻璃金属的固有输运
　　作者：JiazeXie，SimonEwing，JanNiklasBoyn，AlexanderS。Filatov，BaoruiCheng，TengzhouMa，GarrettL。Grocke，NormanZhao，RamItani，XiaotongSun，HimchanCho，ZhihengyuChen，KarenaW。Chapman，ShrayeshN。Patel，DmitriV。Talapin，JiwoongPark，DavidA。MazziottiJohnS。Anderson
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022052614
　　摘要：
　　导电有机材料，如掺杂有机聚合物、分子导体和新兴配位聚合物，支撑着从显示到柔性电子等各种技术。要实现传统绝缘有机材料的高导电性，就必须通过化学掺杂来调整其电子结构。即使是本质上导电的有机材料，如单组分分子导体，也需要结晶性来实现金属行为。
　　然而，导电聚合物通常是无定形的，以实现耐久性和可加工性。利用分子设计在未掺杂的非晶态材料中产生高导电性，将在许多应用中实现可调谐的和稳定的导电性，但没有本质导电的有机材料在无序时仍能保持高导电性。
　　研究报道了一种非晶配位聚合物，四硫代硫硫酸镍，具有显著的高电子导电性（达1200Scm1）和内在的玻璃金属行为。
　　理论表明，这些特性是由分子重叠所实现的，分子重叠对结构扰动具有鲁棒性。这一系列不同寻常的特性导致了高导电性，在潮湿空气中稳定数周，pH值014和温度高达140。
　　这些发现表明，即使在严重无序的材料中，分子设计也可以使金属导电，提出了金属传输如何在没有周期结构的情况下存在的基本问题，并指出了这些材料令人兴奋的新应用。
　　Abstract：
　　Conductingorganicmaterials，suchasdopedorganicpolymers1，molecularconductorsandemergingcoordinationpolymers，underpintechnologiesrangingfromdisplaystoflexibleelectronics。Realizinghighelectricalconductivityintraditionallyinsulatingorganicmaterialsnecessitatestuningtheirelectronicstructurethroughchemicaldoping。Furthermore，evenorganicmaterialsthatareintrinsicallyconductive，suchassinglecomponentmolecularconductors，requirecrystallinityformetallicbehaviour。However，conductingpolymersareoftenamorphoustoaiddurabilityandprocessability。Usingmoleculardesigntoproducehighconductivityinundopedamorphousmaterialswouldenabletunableandrobustconductivityinmanyapplications，buttherearenointrinsicallyconductingorganicmaterialsthatmaintainhighconductivitywhendisordered。Herewereportanamorphouscoordinationpolymer，Nitetrathiafulvalenetetrathiolate，whichdisplaysmarkedlyhighelectronicconductivity（upto1，200Scm1）andintrinsicglassymetallicbehaviour。Theoryshowsthatthesepropertiesareenabledbymolecularoverlapthatisrobusttostructuralperturbations。Thisunusualsetoffeaturesresultsinhighconductivitythatisstabletohumidairforweeks，pH014andtemperaturesupto140C。Thesefindingsdemonstratethatmoleculardesigncanenablemetallicconductivityeveninheavilydisorderedmaterials，raisingfundamentalquestionsabouthowmetallictransportcanexistwithoutperiodicstructureandindicatingexcitingnewapplicationsforthesematerials。
　　地质与地球物理学
　　GeologyGeophysics
　　NdisotopevariationbetweentheEarthMoonsystemandenstatitechondrites
　　地月系顽辉石球粒陨石之间的Nd同位素变化
　　作者：ShelbyJohnston，AlanBrandon，ClaireMcLeod，KaiRankenburg，HarryBeckerPeterCopeland
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022052650
　　摘要：
　　重新建构组成地球和月球的成分，对于了解它们的形成和组成演化至关重要。钕（Nd）同位素可通过指纹识别核合成成分来识别这些构建单元。研究表明，地球和月球的SmNd比球粒陨石的平均值高出约2。40。5，地球前体物质的初始142144Nd比值，较之前提出的更类似于麻辉石球粒陨石。
　　地球与球粒陨石SmNd比值的差异可能反映了原行星盘内部混合作用的矿物分布。这一观测结果将月球的分化简化为月球岩浆海洋从形成到凝固的单一阶段。这也表明，在形成月球的大撞击中，构成地球和月球的物质之间没有发生SmNd分馏。
　　Abstract：
　　ReconstructingthebuildingblocksthatmadeEarthandtheMooniscriticaltoconstraintheirformationandcompositionalevolutiontothepresent。Neodymium（Nd）isotopesidentifythesebuildingblocksbyfingerprintingnucleosyntheticcomponents。HereweshowthatEarthandtheMooninsteadhadaSmNdratioapproximately2。4？？0。5？percenthigherthantheaverageforchondritesandthattheinitial142Nd144NdratioofEarth’sprecursormaterialsismoresimilartothatofenstatitechondritesthanpreviouslyproposed。ThedifferenceintheSmNdratiobetweenEarthandchondritesprobablyreflectsthemineralogicaldistributionowingtomixingprocesseswithintheinnerprotoplanetarydisk。Thisobservationsimplifieslunardifferentiationtoasinglestagefromformationtosolidificationofalunarmagmaocean。ThisalsoindicatesthatnoSmNdfractionationoccurredbetweenthematerialsthatmadeEarthandtheMoonintheMoonforminggiantimpact。
　　Oceancurrentsshowglobalintensificationofweaktropicalcyclones
　　洋流显示弱热带气旋的全球强化
　　作者：GuihuaWang，LingweiWu，WeiMeiShangPingXie
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022053264
　　摘要：
　　弱热带气旋占热带气旋的70，但新研究发现，在过去30年里，所有海盆的弱热带气旋由于海洋暖化都有所增强。热带气旋登陆时会给沿海社区造成灾难，为了应对其可能影响，就要理解其行为。
　　理论和数学模型一致发现，热带气旋会随海表温度升高而增强，但由于缺乏足够准确的卫星观测证据，这个结论一直存在争议。基于卫星的传统证据可能会受到暴雨、云层、破碎波和飞沫的污染。
　　根据目前对全球变暖的预测，热带气旋如飓风和台风，预计会随着气温的升高而加剧。然而，尚不清楚历史记录是否已经显示出这一趋势的迹象，因为这些风暴通常形成于远离陆地的海洋区域，在那里直接测量表面风速很危险，因此并不现实。
　　研究者利用一组独特的洋流观测数据（由名为表面漂浮器的漂浮装置测得的高质量洋流数据）作为传统方式的补充，以全新方式量化了热带气旋的强度。热带气旋与洋流密切相关，研究分析显示，弱热带气旋，分为热带风暴和1级热带气旋，由于全球变暖在1991年到2020年期间有所增强。
　　研究者表示，相关结果可作为基线值，用来评估热带气旋模型的模拟和预测结果，帮助提高预测的准确度。
　　Abstract：
　　Theoryandnumericalmodellingsuggestthattropicalcyclones（TCs）willstrengthenwithrisingoceantemperatures。EventhoughmodelshavereachedbroadagreementonprojectedTCintensification，observedtrendsinTCintensityremaininconclusiveandunderactivedebateinalloceanbasinsexcepttheNorthAtlantic，whereaircraftreconnaissancedatagreatlyreduceuncertainties。TheconventionalsatellitebasedestimatesarenotaccurateenoughtoascertainthetrendinTCintensity，sufferingfromcontaminationbyheavyrain，clouds，breakingwavesandspray。HereweshowthatweakTCs（thatis，tropicalstormstocategory1TCsbasedontheSaffirSimpsonscale）haveintensifiedinalloceanbasinsduringtheperiod19912020，basedonhugeamountsofhighlyaccurateoceancurrentdataderivedfromsurfacedrifters。Thesedriftershavesubmerged‘holysock’droguesat15mdepthtoreducebiasesinducedbyprocessesattheairseainterfaceandtherebyaccuratelymeasurenearsurfacecurrents，evenunderthemostdestructiveTCs。Theoceancurrentspeedsshowarobustupwardtrendof4。0cms1perdecadeglobally，correspondingtoapositivetrendof1。8ms1perdecadeintheTCintensity。OuranalysisfurtherindicatesthatgloballyTCshavestrengthenedacrosstheentiretyoftheintensitydistribution。Theseresultsserveasahistoricalbaselinethatiscrucialforassessingmodelphysics，simulationsandprojectionsgiventhefailureofstateoftheartclimatemodelsinfullyreplicatingthesetrends。
　　机器学习和信息通信
　　machinelearningInformationcommunication
　　Usingmachinelearningtoassessthelivelihoodimpactofelectricityaccess
　　使用机器学习评估电力接入对生计的影响
　　作者：NathanRatledge，GabeCadamuro，BrandondelaCuesta，MatthieuStiglerMarshallBurke
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022053228
　　摘要：
　　在世界许多地区，关于关键经济成果的数据稀少，阻碍了公共政策的制定、确定目标和评价。作者演示了卫星图像和机器学习的进步如何帮助改善这些数据和推理挑战。
　　在乌干达电网扩张的背景下，他们展示了如何结合卫星图像和计算机视觉来开发适合推断电力接入对生计的因果影响的地方生计测量方法。然后，研究者展示了基于机器学习的推理技术如何在应用于这些数据时，比传统方法提供更可靠的电气化因果影响估计。
　　他们估计，电网接入提高了乌干达农村村庄一级的资产财富，最高可达0。15个标准差。在研究期间，相对于未接受电网接入的地区，资产财富增长率增加了一倍多。
　　作者表示，该研究结果为基于网格的基础设施投资的影响提供了国家尺度的证据，该方法为数据稀疏环境下的未来政策评估提供了一种低成本、可推广的方法。
　　Abstract：
　　Inmanyregionsoftheworld，sparsedataonkeyeconomicoutcomesinhibitthedevelopment，targetingandevaluationofpublicpolicy。Wedemonstratehowadvancementsinsatelliteimageryandmachinelearning（ML）canhelpamelioratethesedataandinferencechallenges。InthecontextofanexpansionoftheelectricalgridacrossUganda，weshowhowacombinationofsatelliteimageryandcomputervisioncanbeusedtodeveloplocallevellivelihoodmeasurementsappropriateforinferringthecausalimpactofelectricityaccessonlivelihoods。WethenshowhowMLbasedinferencetechniquesdelivermorereliableestimatesofthecausalimpactofelectrificationthantraditionalalternativeswhenappliedtothesedata。WeestimatethatgridaccessimprovesvillagelevelassetwealthinruralUgandabyupto0。15standarddeviations，morethandoublingthegrowthrateduringourstudyperiodrelativetountreatedareas。Ourresultsprovidecountryscaleevidenceontheimpactofgridbasedinfrastructureinvestmentandourmethodsprovidealowcost，generalizableapproachtofuturepolicyevaluationindatasparseenvironments。
　　Ahybridopticalwirelessnetworkfordecimetrelevelterrestrialpositioning
　　用于分米地面定位的光无线混合网络
　　作者：JeroenC。J。Koelemeij，HanDun，CherifE。V。Diouf，ErikF。Dierikx，GerardJ。M。JanssenChristianC。J。M。Tiberius
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022053157
　　摘要：
　　全球卫星导航系统（GNSS）被广泛用于导航和时间分配，这些功能对于移动通信网络等关键基础设施以及自动驾驶和可持续能源电网等新兴技术不可或缺。
　　尽管GNSS可以提供厘米级的精度，但由于多路径传播和天空的遮挡，GNSS接收器容易出现数米的误差，尤其是在最需要精确定位的城市地区。此外，全球导航卫星系统的脆弱性，加上缺乏备份系统，对依赖全球导航卫星系统的技术构成了严重的风险。
　　作者演示了一个独立于GNSS的地面定位系统，通过一个无线发射机群提供卓越的性能，通过光纤以太网网络在亚纳秒级别进行连接和时间同步。
　　使用与移动通信网络中遇到的类似的光学和无线传输方案，并利用频谱效率高的虚拟宽带信号，可以减轻多径传播的不利影响，从而在容易出现多径的户外环境中实现可靠的分米级定位和亚纳秒计时。
　　这项工作提供了一个未来的一瞥，电信网络不仅提供连接，而且以前所未有的准确性和可靠性提供独立于GNSS的授时和定位服务。
　　Abstract：
　　Globalnavigationsatellitesystems（GNSS）arewidelyusedfornavigationandtimedistribution，featuresthatareindispensableforcriticalinfrastructuresuchasmobilecommunicationnetworks，aswellasemergingtechnologiessuchasautomateddrivingandsustainableenergygrids。AlthoughGNSScanprovidecentimetrelevelprecision，GNSSreceiversarepronetomanymetreerrorsowingtomultipathpropagationandanobstructedviewofthesky，whichoccurparticularlyinurbanareaswhereaccuratepositioningismostneeded。Moreover，thevulnerabilitiesofGNSS，combinedwiththelackofabackupsystem，poseasevererisktoGNSSdependenttechnologies。HerewedemonstrateaterrestrialpositioningsystemthatisindependentofGNSSandofferssuperiorperformancethroughaconstellationofradiotransmitters，connectedandtimesynchronizedatthesubnanosecondlevelthroughafibreopticEthernetnetwork。Usingopticalandwirelesstransmissionschemessimilartothoseencounteredinmobilecommunicationnetworks，andexploitingspectrallyefficientvirtualwidebandsignals，thedetrimentaleffectsofmultipathpropagationaremitigated，thusenablingrobustdecimetrelevelpositioningandsubnanosecondtiminginamultipathproneoutdoorenvironment。ThisworkprovidesaglimpseofafutureinwhichtelecommunicationnetworksprovidenotonlyconnectivitybutalsoGNSSindependenttimingandpositioningserviceswithunprecedentedaccuracyandreliability。