前  言

2023年，是全面贯彻党的二十大精神的开局之年，也是中国科学院落实“3+5”年发展战略的起步之年。在奋进新征程的道路上，理化人凝心聚力，务实笃行，取得了一批重要创新成果。为进一步总结成绩、鼓舞士气，经各部门推荐和综合评选，从三十余项成果中评选出理化所2023年度十大科技进展。

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大规模提氦技术应用示范

与中石油等单位联合攻关，建成我国首座大规模提氦示范工程，实现“国产气源、国产装备、国产液氦”。突破高速氦气体轴承透平膨胀制冷、连续高效氦-氖分离等关键技术，研制出首套具有完全自主知识产权工业级氦液化器，性能达到国际先进水平。联合相关企业，突破了移动式大容量液氦温区高效绝热技术，研制出40立方米标准液氦移动罐箱。

2

高分十三号02星相机分

系统脉冲管制冷机组件

高分十三号02星于2023年3月成功发射入轨，是我国在卫星遥感技术领域迈向新高度的重要里程碑。理化所承担了制冷机组件研制工作，针对高分辨率成像振动干扰前沿应用问题，创新阐述了压缩机高阶振动成因及冷指振动响应机制，通过采取降低压缩机本征振动，切断压缩机对冷指的热端振动输入等综合措施，实现了02星冷指振动的大幅降低，为相机实现优异的性能奠定了基础。

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大功率自由活塞热声发电

自由活塞热声发电技术具有高可靠、高效率、低振动、紧凑等突出优点，具有巨大应用前景。国际上，千瓦级小功率自由活塞热声发电机已经达到了商用化的成熟度，但大功率的自由活塞热声发电技术尚不成熟，目前大功率的原理样机最大功率仅为17 kWe。理化所在深入揭示热声发电中声场调节、声电匹配、活塞漂移等机理问题的基础上，突破了气体弹簧、气浮支撑、电机冷却等关键技术，研制了最大功率达到102 kWe的发电样机，热电转化效率为26.9%。该样机的成功研制表明我国成为首个掌握大功率自由活塞热声发电技术的国家。

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低温热力学温度国际比对仪  

理化所基于原创测温原理，成功研制了热力学温度国际比对仪，实现了5K-24.5K国际最优的控温稳定性（10μK），促进了新国际单位制下国际低温温度计量发展。2023年10月，理化所压力基准用低温恒温设备出口交付法国国立工艺学院，中国科学院院长、党组书记侯建国出席交付仪式。

5

双相异质凝胶材料实现

多元离子信号可控传输

离电器件被誉为生物-非生物系统之间的桥梁，现有电子和离子体系的单一电子/非差异性离子信息传输无法承载更多生物相容的信息，实现多元离子差异化传输仍然是离电器件领域的重要挑战。理化所构筑了具有级联异质门控界面的双相异质凝胶（HBG）材料，可从根本上放大不同离子间跨界面传输的差异，有望在神经科学和生物医学研究中推动对神经拟态活动及信号传输更细致和深入的理解，为未来的离子神经材料研究和工程应用提供有力支持。相关成果发表于《科学》。

6

仿生低碳新型建筑材料

生产传统水泥基建材在高温焙烧过程中需消耗大量能量并产生巨额碳排放量，基于天然原料的低碳建筑材料对于降低碳排放量具有重要意义。理化所运用仿生策略，设计了受沙塔蠕虫巢穴所启发的天然基仿生低碳新型建筑材料。该天然基仿生低碳新型建筑材料的抗压强度高达17 MPa，可达到常规建材要求标准，并且具有优异的抗老化性能、防水性能以及独特的可循环利用性能，为新型低碳建筑材料的研究提供了创新性思路。相关成果发表于《Matter》，并作为重要成果在2023中关村论坛—第五届国际综合性科学中心研讨会上发布。

7

水滑石基材料光驱动一氧

化碳到高值化学品转化

光驱动CO催化转化可以实现高值化学品的高效制备，如氢气、烯烃和液体燃料，对于模拟光合作用、实现“双碳”目标具有重要意义。理化所发展了多种层状双金属氢氧化物（LDH，又称水滑石）衍生的光热催化材料，包括LDH基Cu纳米颗粒催化剂（LD-Cu）与Ru1Co单原子合金催化剂（Ru1Co-SAA），实现了温和条件下光驱动CO高效转化。上述成果在研究催化剂精细结构与反应基元步骤的构效关系领域取得突破，有望替代传统高能耗、高排放的水煤气变换和费托合成等热催化过程，为实现人工光合成反应体系中C1小分子转化为高值化学品提供了新的设计策略。相关成果发表于《Nature Communication》等。

8

大规模液态空气储能

系统示范应用

储能技术是支撑可再生能源并网、改善能源结构、助推双碳目标落地的关键技术路径。相对于其他大规模储能技术，液空储能技术具有不受地理条件限制和常压储存的突出优势。2023年7月，由理化所和中国绿发共同设立的中绿中科储能技术有限公司在青海开工建设60MW系统，该项目是液空储能领域发电功率和储能规模最大的示范项目。该系统采用低压流程、甲醇水溶液作为一级蓄冷介质以及空气液化和复温集成的紧凑式冷箱，有效降低了设备投资和运行成本，具有显著示范意义。

9

海水（全自然域）

降解塑料研制

面向海水塑料污染治理国家重大需求，针对现有生物降解聚酯在海水中降解慢甚至难以降解的实际问题，理化所从海水塑料降解机制研究出发，提出以快速非酶促水解加速诱导生物降解的聚酯结构设计策略，通过刚性基团和易水解片段序列结构协同调控聚酯降解性能和使用性能，得到系列海水降解材料体系。并从实际应用需求出发筛选5个具有优异降解性能和使用性能的聚酯新品种，完成了中试合成，在此基础上研制了海水降解包装桶、快速降解膜袋等应用制品，已在北京市部分社区取得良好应用效果。

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新型低温高强高韧

奥氏体不锈钢材料

高强度不锈钢是我国35项“卡脖子”技术之一，理化所联合河钢集团宣钢公司、中国科学院合肥物质科学研究院等单位，在材料设计、增强增韧机理研究、大锻件成型与评价等方面取得了一系列突破。获得了低温屈服强度超过1400 MPa，断后伸长率超过30%的低温高强高韧奥氏体不锈钢。该材料已通过专家论证，确定用于我国下一代磁约束核聚变装置BEST。该材料的成功研发还引起欧洲、美国和日本聚变领域的广泛关注，相关团队获邀在CEC/ICMC2023和11th ACASC-Asian ICMC 2023等国际会议上做特邀报告。

理化技术，创新为民

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