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或将颠覆生活？浅析天宫二号的“综合材料实验”

【铝道】中秋节刚刚过去，相信很多人都会趁此佳节，与家人共度天伦。而就在中秋节当晚，中国较早的南京空间实验室 天宫二号 也在长征二号运载火箭的帮助下成功发射。据悉，此次天宫二号将会在太空运行两年时间，并且会和稍后发射的神舟11号进行中国航天史上的首次空间对接，更会完成空中补充燃料的任务。而在诸多中国航天史上开创性的试验当中， 综合材料实验 无疑颇为吸引人们的目光。

综合材料实验是由中科院物理研究所和中科院上海硅酸盐研究所共同牵头负责的，一共吸引了院内外6家研究所和西北工业大学共同参加的一个材料科学试验项目。而进行这些实验的，则是一该公司称台综合材料实验装置，俗称 炉子 。

这个 炉子 主要由材料实验炉、材料电控箱和材料样品工具袋三大部分构成，体重虽然只有27.6公斤，较大功率也不过200W，但是却能实现高达950摄氏度的炉膛温度。其技术含量可见一斑。

整个 炉子 的结构其实比较像一把左轮手枪，加热炉像一把 枪管 ，而装有各种材料的样品管理单元则像 弹夹 。通过控制 枪管 的温度，可以实现 弹夹 中材料的熔化和凝固，从而在空间这种特殊重力环境下合成出地球无法合成的新型材料。通常一次可以完成6种材料的高温制备和处理。

本次 综合材料实验 一共有18种样品材料（12个实验样品和6个热物性测量样品），将分3批进行实验。这些材料可能会在未来的世界中起到至关重要的作用。下文就节选了几种材料进行介绍：

多晶碲化锌

此次在 天宫二号 中，将会进行微重力下ZnTe:Cu晶体生长的实验。目标是获得组分更加均匀、缺陷浓度更低的晶体样品。一旦成功，金属材料将会告别印象中的粗糙，变得光滑均匀。

介孔基纳米复合材料

介孔基纳米复合材料是一种纳米材料，在微重力下，通过对组装有纳米颗粒的有序介孔复合材料（Au/m-SiO2）进行高温处理，制备一类第二相纳米粒子尺寸一致且高度分散的、具有增强的非线性光学响应性能的新型纳米复合材料具备增强的非线性光学响应性能。研制成功后，将对我国的光通信起到十分重要的作用。

组元复相合金

采用合金化结合掺杂的方法，如三元体系（Bi-Te-Se和萃取设备Bi-Te-Sb）和四元体系（Bi-Te-Se-I），可以增强声子散射，降低晶格热导，优化载流子浓然后通过电沉积方法度，提高功率因子，从而提高其热电优值（ZT值），为较大幅度1、实验机初运行提高热电材料的性能和转换效率提供科学依据，为进一步提高我国材料科学实验水平和实验装置的研制能力提供技术积累。

单晶金属合金

在空间和地面同样工艺条件下开展Al-Cu-Mg（铝-铜-镁）单晶合金的定向凝固生长实验，对比研究重力和微重力条件下Al-Cu-Mg（铝-铜-镁）单晶合金凝固微观组织的差异，分析微重力对枝晶形态、元素偏析以及疏松、杂晶和雀斑等的影响及相关规律。

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借助 天宫二号 提供的晶体生长平台进行空间晶体生长，重点研究微重力与晶体组分分凝的关系。探索空间微重力条件下固熔体晶体的组分分凝的特点，研究掺杂CsI晶体中掺杂离子分布均匀性与微重力条件的关系。

掺杂CsI晶体很早以前便在工业中获得了大规模的应用，但是晶体生长过程中由于组分分凝而导致的发光等性能的不均匀性一致还没有完全解决。

新型金属基复合材料

在微重力下空气过滤器，进行SiC/Zr-基合金新型复合材料的形成与凝固过程研究及润湿性和液/固界面原子交互作用研究，探索重力作用对金属基复合材料制备的影响机理，促进材料科学的发展和新型复合间隔柱材料的实际应用。

总结

天宫二号不但代表了过去中国航天的成果，还更多地承载了中国的未来。很多人会觉得航天离我们普通人有很遥远的距离，但其实我们现在的生活，都被很多航天技术影响着。众多新材料一旦研制成功，将会很快影响到我们的生活。我们除了感叹航天技术的发达之外，其实更应该感谢在背后默默付出的科学家们，正是他们，为我们带来了未来的美丽新世界。