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    科研進展

    新疆理化所在月壤纖維制備和應用這一前瞻性研究領域取得進展

    發布時間:2022-10-27
     

    月球基地建設已成為目前各國對月球探測和開發計劃的重要目標。月球基地的建設需要大量的結構和功能材料,而月球表面覆蓋著一層月壤,是月球最豐富的資源。如何有效利用月壤并用于月球基地建設是目前月球資源利用領域的研究熱點。


     利用月壤制備纖維并將所得材料用于月球基地建設的方案

    受地球上常見的茅草屋和鋼筋混凝土結構啟發,科研人員提出利用月壤制備連續纖維、并以顆粒狀月壤為基體構成纖維增強復合材料,從而為月球基地建設提供新的材料解決方案。近期,中科院新疆理化所與香港中文大學(深圳)、莫斯科國立大學合作,系統剖析了目前各國研究團隊在月壤纖維研究領域的最新成果,總結了月壤和月壤模擬物的組成、礦物相及其物理和化學性質對纖維成纖過程的影響。在此基礎上,提出了制備月壤纖維的通用方法,即通過對月壤成分、熔融溫度、高溫粘度等特性分析,確定月壤成纖過程中的條件參數,并在低重力等月球環境下實現月壤纖維的制備,所得纖維不僅可以為月球基地建設提供關鍵原材料,也為人類在基地內的活動提供生命和生存保障(如廢棄物過濾、蔬菜種植、宇宙射線屏蔽等,圖1所示)。同時,科研團隊分析了月壤纖維成纖設備的工作原理、結構和特征參數,提出了在月面條件下實現纖維連續制備的模塊化裝置設計方案,以便于實現在無人條件下月壤纖維的規?;苽?。此外,研究人員從理論角度分析了月球高真空、低重力等環境對月壤成纖過程的影響,發現月面的高真空環境可顯著影響月壤熔融及各組分的均質化過程,而低重力環境有利于纖維成纖過程中晶態向非晶態過程的轉變,從而為控制纖維的力學性能提供了一種有效地手段。月壤纖維可通過3D打印等技術,制備纖維增強復合材料,也可利用纖維表面豐富的金屬元素和長徑比等結構特征獲得功能性纖維材料,實現月壤纖維更廣泛的應用。

    該研究成果近日發表在纖維類專業期刊Advanced Fiber Materials上,并被選為封面論文。中科院新疆理化所為該研究工作第一完成單位,博士生郭澤世為論文第一作者,馬鵬程研究員為論文通訊作者。有關低重力條件下纖維制備技術及工藝已申請中國發明專利,成果入選第二屆“率先杯”未來技術創新大賽優勝獎。該研究工作得到中科院西部之光交叉團隊-重點實驗室合作研究專項、新疆維吾爾自治區上海合作組織科技伙伴計劃及國際科技合作計劃等項目的支持。

     

    論文信息:

    1.      Guo ZS, Xing D, Xi XY, Yue X, Liang CG, Hao B, Zheng QB, Gutnikov SI, Lazoryak BI, Ma PC*. Production of fibres from lunar soil: Feasibility, applicability and future perspectives. Advanced Fiber Materials 2022, 4, 923-937論文鏈接.

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