今天上午，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、中國科學(xué)院金屬研究所、上海電機學(xué)院等單位迎來了來自太空“煉丹爐”的“伴手禮”——空間站高溫材料科學(xué)實驗樣品。

(資料圖)

空間站上“煉丹爐”有倆：高溫材料實驗柜和無容器實驗柜。兩種實驗柜均可加熱熔化不同的樣品，高熔點樣品溫度甚至可以達(dá)到3000℃以上——這么高的溫度，加之太空沒有重力的干擾，可不就是“太上老君的煉丹爐”嗎！

“煉丹爐”究竟“煉”出了哪些寶貝，這些寶貝到了地球上有何用處？空間站高溫材料科學(xué)實驗樣品交接儀式上，專家一一道來。

2/14的珍貴

在中國空間站里，共部署14個科學(xué)實驗柜，其中空間材料學(xué)領(lǐng)域部署了高溫材料實驗柜和無容器材料實驗柜2個實驗裝置。

“高溫材料實驗柜有兩種工作溫度，支持在軌更換，還具備磁場、快速冷卻、X射線實時觀察等輔助功能。”高溫材料科學(xué)實驗系統(tǒng)主任設(shè)計師、中國科學(xué)院上海硅酸鹽所研究員劉學(xué)超自豪地介紹，高溫材料柜最高工作溫度、溫度穩(wěn)定度等多項指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平。

無容器實驗柜不遑多讓，它采用批量樣品盒，一個樣品盒能容納多個直徑2-3毫米的樣品。每個樣品要經(jīng)歷懸浮狀態(tài)下的加熱熔化、參數(shù)測量、過冷凝固等“煉丹”步驟。航天員對于無容器實驗柜的在軌操作主要是樣品盒更換，實驗過程主要通過注入指令執(zhí)行，地面科研人員實時監(jiān)控實驗的進(jìn)行。

目前，隨天和核心艙升空的無容器材料柜已穩(wěn)定在軌運行700余天；而與夢天艙一起遨游宇宙的高溫材料柜也穩(wěn)定在軌超過200天。

給大飛機葉片帶來啟示

當(dāng)著記者的面，劉學(xué)超拆開了長得像長柄手榴彈的陶瓷保護(hù)管，“別擔(dān)心，里面還包裹著兩三層石英管，不會對‘太空寶貝’造成損傷?！?/p>

他的合作伙伴，來自上海電機學(xué)院的金敏教授透過長約20厘米的石英管，細(xì)細(xì)觀察著其中的樣品，“長得不錯！”看得出，他對這份“太空伴手禮”很是滿意。

石英管里的材料是硒化銦，這個半導(dǎo)體單晶材料的故事簡直就是藥物西地那非的翻版——最該具備的導(dǎo)電性不盡如人意，可金敏無意間的把玩發(fā)現(xiàn)，它居然柔性一流，在塊體形態(tài)下可任意彎折扭曲而不破碎，甚至能夠折成“紙飛機”、繞成莫比烏斯環(huán)！

“一般半導(dǎo)體材料在空間生長，晶體的缺陷可減少上百倍?！苯鹈舯硎荆拔覀兿Ｍ谖⒅亓Νh(huán)境下探測它的性能，并找到潛在增加導(dǎo)電性能的方法?！?/p>

無容器材料科學(xué)實驗系統(tǒng)主任設(shè)計師、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員余建定解釋，無容器，最關(guān)鍵是要讓物質(zhì)克服重力，脫離與周圍物質(zhì)的接觸，同時樣品要“浮得住，控得穩(wěn)”。

余建定透露，當(dāng)前飛機常見的發(fā)動機葉片材料屬于第二代，隨著國產(chǎn)大飛機研發(fā)，發(fā)動機葉片耐受更高溫度就需要新一代的材料，此次下行的一盒樣品，正是“升級版”的高溫合金材料?！霸谔焐?，我們要看材料密度、黏性和表面張力的變化，尤其是觀察從高溫到室溫的收縮情況，空間實驗?zāi)軒砀珳?zhǔn)的數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)能為將來的研制生產(chǎn)提供基本參數(shù)?！?/p>

此外，科學(xué)家們還能利用無容器材料柜對小行星早期的星胚形成過程進(jìn)行探索。

研制新型材料綜合實驗系統(tǒng)

“知道今天要接收樣品，我們昨晚興奮得到凌晨兩三點都沒睡著。”劉學(xué)超激動地表示，“我又回想起保障高溫材料柜運行時，在地面開展匹配實驗的日日夜夜，那也是段難忘的經(jīng)歷。”

記者了解到，高溫材料柜能夠支持的材料研究已涵蓋功能晶體、高溫合金、新型金屬合金、半導(dǎo)體材料、特種玻璃、納米材料、生物材料等，對我國突破“卡脖子”材料中的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題具有重要意義；而無容器材料柜已開展了8個研究項目、12種金屬材料樣品的在軌實驗，返回4個批次258顆樣品，為我國深過冷凝固機理研究、重要新材料制備和熔體熱物性測量提供了有力支持。

在中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所副所長蘇良碧看來，無容器實驗裝置和高溫材料實驗裝置構(gòu)建起先進(jìn)的空間材料科學(xué)研究平臺，為我國空間材料科學(xué)發(fā)展，實現(xiàn)高水平科技自立自強奠定了太空平臺基礎(chǔ)。

記者還獲悉，該所正在研制新一代新型材料綜合實驗系統(tǒng)，與空間現(xiàn)有材料實驗裝置形成互補，滿足未來空間材料科學(xué)對超高溫度、精確控制、更多外場的實驗需求。

新民晚報記者郜陽

?

?

關(guān)鍵詞：