今天上午，空间站高温材料科学实验样品交接仪式在中国科学院上海硅酸盐研究所举行。

本批空间材料实验样品是空间站高温材料实验柜（以下简称高温材料柜）首次下行材料样品和无容器实验柜下行的第四批样品，于6月4日随神舟十五号载人飞船返回舱从中国空间站返回地面。

据了解，本批次随高温材料货包返回的样品包括5个高温材料实验样品和3盒无容器材料实验样品，分别来自中科院金属研究所、西北工业大学、中科院半导体研究所、中国地质大学、中科院上海硅酸盐所和上海电机学院，涉及高温合金、半导体材料、功能晶体等。

空间站高温材料柜自去年10月31日随梦天舱成功发射后，在轨先后开展了组装调试、功能检测、科学实验等工作任务，并于今年5月完成了第一批空间材料科学实验；无容器柜自2021年4月29日随天和核心舱成功发射后，先后成功完成并返回了3批次样品，此次是第四批样品。两实验柜均由中科院上海硅酸盐所牵头研制，为保证天地对比实验的效果，上海硅酸盐所在地面也开展了大量匹配实验，以提高空间实验的效率和效果。

中科院上海硅酸盐所科研人员介绍，高温材料柜是由我国自主研制的重大空间微重力材料科学实验装置，是开展太空微重力材料科学实验的重要平台。与我国以往的空间材料实验装置相比，高温材料柜在加热温度、样品尺寸、温场模式、外部调控、精密生长、实时观察等方面均有了较大发展和提高，有效拓展了空间微重力材料研究的范围和深度，将长期在空间站为材料的微重力研究提供支持，“高温材料柜将促进微重力下材料的成分、结构、性能的调控及其机理的研究，对我国突破‘卡脖子’材料中的关键科学和技术问题具有重要意义。”

由于本批次随高温材料货包返回的样品包括5个高温材料实验柜实验样品和3盒无容器实验柜材料实验样品，本文就将分别科普什么是无容器材料实验柜和高温材料实验柜。

无容器材料实验柜能干啥？

在介绍实验之前，先来带大家回忆一个场景。

我们平常做饭的时候，都需要将食材先放进碗或锅里，再用筷子和炒勺进行搅拌、翻炒。尽管这些餐具非常洁净，还是会有些物质残留在表面上。不知不觉间，这些物质就慢慢“混”进了食物当中。

这就不由生出一个大胆的想法：有没有可能做出完全不被“污染”的美食？对我们普通人来说，这简直是在变魔术。然而，这个念头，科学家也有，甚至比我们更加大胆。如果把整个制作过程放进太空，又会怎么样？

1、无容器材料实验柜

科学家们设计出了无容器材料实验柜，实验就在无容器实验平台中开展。

在空间站首个舱段发射前，科学家们就“迫不及待”地将这个实验柜安置在核心舱内的“天花板”上，想要在太空验证一下。不过，这倒不是为了应用于烹饪，而是加工一些新型材料，这些材料将用于推动各个行业发展进步。

2、具体怎么操作呢？

我们先使用激光对悬浮在微重力环境中的样品进行加热，将其熔化。

接着，通过调整激光功率和加热时间，使熔体达到适当的温度和熔化程度。

随后，我们迅速将样品冷却至凝固点以下，使其进入深过冷状态，从而获得高质量的材料。

重点来了，科学家想要观察的是，材料在熔化状态下，它的表面张力和黏度如何？材料在迅速冷却的过程中，它的密度会怎样变化？

无容器加工方式可以避免与容器壁接触，消除接触污染，利于实现深过冷凝固，非接触也适用于高温高活性合金熔体、宽广温度范围的热物性测量。微重力下浮力对流极大减弱、密度沉降基本消失，干扰减少、微重力时间长，非常有利于凝固组织和相关物理机制的研究。

可以说，造福强迫症患者的同时，让科学家们获得了制造新型材料的重要启发。

3、应用前景广阔

这些在轨科学实验样品非常宝贵，需要请航天员帮忙带回地面，交给科学家们继续分析研究。空间站里的第一批无容器材料实验柜在轨科学实验样品就由神舟十二号航天员乘组随返回舱带回了地面，引起科学家们的高度关注。截至去年年底，第三批在轨实验样品也已经下行，科学家们根据分析研究，在国际学术期刊发表了多篇论文。

目前，通过无容器材料实验柜进行加工的实验样品包括了新型金属合金，可以用于新一代航空发动机叶片，能够极大地保障我们在飞行中的安全；新型特种功能材料，例如，与钻石折射率相近的镧钛玻璃，能够大大提升相机分辨率，帮助人们更加清晰地记录这个世界；半导体光电子材料，如激光器晶体YAG，广泛用于工业、医疗、科研、通信和军事等领域。

也许，在不远的将来，这些新型材料的研制与应用能够颠覆性地改善和提高我们的生活质量。

了解完了无容器材料实验柜，接下来再来介绍此次另一个交接实验样品的空间站材料科学实验柜——高温材料实验柜

空间站高温材料实验柜

据悉，梦天实验舱里的部分“黑科技”诞生于中国科学院上海硅酸盐研究所。该所承担了高温材料科学实验柜，高温隔热屏、KS-ZA无机白漆热控涂层、耐辐照舷窗玻璃、太阳翼展开机构钛合金微弧氧化热控耐磨涂层、载荷适配器光亮阳极氧化涂层、氧化物耐磨陶瓷涂层，16环路高导热氮化铝绝缘散热陶瓷组件，新一代氢原子钟高Q陶瓷微波腔，高温压电陶瓷等多种材料与载荷的研制和生产任务。

高温材料实验柜它的最高加热温度可达1600摄氏度，且能长时间保持稳定，波动不超过正负0.25摄氏度。通过X射线成像，科学家可以实时观察各种材料在微重力的高温环境下熔化、凝固的过程。该柜还可以提供旋转磁场、主动冷却、加速度测量等附加功能和操作。

微重力环境有望制备出地面环境难以实现的微观结构均匀、无缺陷的高质量材料，进而开发出新型、颠覆性的材料。高温材料科学实验柜科学实验系统主任设计师刘学超透露，该柜首批将一次性自动化批量开展16支样品的科学实验，主要包括高温合金材料、功能晶体材料和化合物半导体材料。未来，新型半导体材料、生物纳米材料、能源材料、先进陶瓷及复合材料等新型材料都有机会开展在轨研究。

高温材料实验柜支持在太空中开展高温金属与合金材料、先进半导体材料、功能晶体材料、陶瓷及复合材料、纳米材料、生物材料、能源材料、新型材料等研究主题。首批上行中科院金属所、半导体所、上海硅酸盐所、清华大学、上海交通大学、西北工业大学等16支科学实验样品。

图为高温多层隔热材料，上海硅酸盐所供图

上海硅酸盐所高温材料实验柜研制团队对每个上行样品在地面进行了大量的匹配实验，并设计了具有抗力学振动功能的3个高温材料样品货包。首批样品完成在轨试验后，有望获得若干具有价值的原创性的空间科学研究结果。

文章来源： 新民晚报新民网，山东省科协，中国青年网，北京日报客户端