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6月21日,由中國科學院空間應用工程與技術中心主辦,中國科學院上海硅酸鹽研究所承辦的“空間站材料科學實驗樣品交接儀式暨空間材料研討會”在滬舉行。
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空間站高溫材料柜材料樣品盒及上行貨包。上海硅酸鹽研究所供圖
本批空間材料實驗樣品是空間站高溫材料實驗柜(高溫材料柜)首次下行材料樣品和無容器實驗柜下行的第四批樣品。材料樣品于6月4日隨神舟十五號載人飛船返回艙從中國空間站返回地面。本批次隨高溫材料貨包返回的樣品包括5個高溫材料實驗樣品和3盒無容器材料實驗樣品,分別交接與分發給中國科學院金屬研究所、西北工業大學、中國科學院半導體研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國地質大學(武漢)、上海電機學院,涉及高溫合金、半導體材料、功能晶體等。
空間站高溫材料柜自2022年10月31日隨夢天艙成功發射后,在軌先后開展了組裝調試、功能檢測、科學實驗等工作任務,并于今年5月完成了第一批空間材料科學實驗。無容器柜自2021年4月29日隨天和核心艙成功發射后,先后完成并返回了3批次樣品,這是第四批樣品。
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空間站高溫材料柜。上海硅酸鹽研究所供圖
高溫材料柜是由我國自主研制的空間微重力材料科學實驗裝置,是開展太空微重力材料科學實驗的重要平臺,可在微重力下支持材料的高溫加熱、定向凝固、梯度生長、快速冷卻、磁場攪拌、參數實時測量、實時觀察等功能,是我國最新一代的空間材料實驗裝置之一。高溫材料柜主要由高溫爐模塊、批量樣品管理模塊、X射線透射成像模塊、控制模塊組成。其中,高溫爐模塊是整個裝置的核心,分為I型高溫爐和II型高溫爐兩個模塊,可在軌更換,為材料的加熱和凝固提供溫場環境;批量樣品模塊負責管理批次樣品盒,可固定、抓取、提拉樣品盒;樣品盒是負責容納、固定材料樣品的裝置,頭部可安裝芯片,對樣品的內部溫度進行實時采集;X射線透射成像模塊可開展樣品加熱和凝固過程的實時觀察;控制模塊負責整個裝置的供電、控制等的管理。高溫材料柜能夠提供梯度、等溫、區熔等溫場模式,還可提供快速冷卻、旋轉磁場等附件功能。高溫材料柜的加熱溫度和單批次樣品數量都處于國際領先水平,X射線透射成像功能在國際上是首次上行至空間站。高溫材料柜采用標準化、模塊化設計,支持在軌更換和升級。
與我國以往的空間材料實驗裝置相比,高溫材料柜在加熱溫度、樣品尺寸、溫場模式、外部調控、精密生長、實時觀察等功能方面都有了較大發展和提高,有效拓展了空間微重力材料研究的深度和廣度,將長期在空間站為材料的微重力研究提供支持。
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高溫實驗樣品返回袋。上海硅酸鹽研究所供圖
由于功能的升級和拓展,高溫材料柜能夠支持的材料研究將涵蓋功能晶體、高溫合金、新型金屬合金、半導體材料、特種玻璃、納米材料、生物材料等眾多材料,將促進微重力下材料的成分、結構、性能的調控及其機理的研究,對我國突破卡脖子材料中的關鍵科學和技術問題具有重要意義。