中国空间站手脚国度天际实验室，在轨部署了外洋一流的科学盘问与本事调查设施，无容器材料科学实验柜（以下简称“无容器材料实验柜”）就是其中之一。神舟十八号乘组在轨时候，愚弄无容器材料实验柜开展了空间材料科学限度的多项科学实（试）验。

　　在“乘组周记”中不错了解到，三名航天员需按期对无容器材料实验柜进行实验腔体样品算帐、实验样品更换、轴神思构电极珍摄等使命。“无容器”究竟有何特出之处？

　　为何开展空间材料科学盘问？

　　空间材料科学是材料科学与空间本事相交融酿成的一个交叉学科限度，主要盘问内容是在外层空间以微重力、无容器、高真空和强放射为特征的超常环境中，探索各种材料的物理化学性质、相变经过规则、合成制备和加工成形道理过火最终当兵性能。发展处所领先是愚弄外层空间的疏淡环境要求进行材料科学盘问，其次是为各种材料的空间应用奠定坚实的科学基础。

　　无容器材料实验柜的枢纽本事是什么？

△无容器材料实验柜表现图

　　无容器材料实验柜位于空间站天和中枢舱，是最晨安排“上天”的实验平台之一。顾名想义，“无容器”就是毋庸容器承载，使实验样品在悬浮的情状下兑现熔真金不怕火的经过。

　　瞎想一下，熔融的金属能够非金属材料成为“液滴”，悬浮在空中，却不会和容器壁斗争，加工后的材料能在较低温度下不凝固，仍然保合手液体情状。那么，何如让样品保合手“悬浮”？

△无容器材料实验柜在中枢舱内的位置

　　静电悬浮本事就是无容器材料实验柜使命道理的枢纽，通过静电场兑现踏实的悬浮截止，幸免实验材料样品与总共这个词实验腔体内名义的斗争。

△静电悬浮本事

　　在大地实验室，静电悬浮是愚弄静电场合提供的电场力来克服重力，从而兑现无容器情状。它可适用的材料种类无为，只有样品产生了填塞多的电荷量就可兑现悬浮，而况材料可在真空环境中保合手踏实悬浮情状，幸免了介质的影响。

　　与电磁悬浮、超声悬浮谦和动悬浮比拟，静电悬浮不存在电磁搅动、超声空化谦和流扰动，外场对样品的影响很小。因此材料可在类似统统静态环境中兑现无容器融化和凝固，从而使材料熔体易于获取深过冷，便于对过冷态物理化学性质和凝固经过进行及时原位测定。

　　空间站静电悬浮相较于大地静电悬浮，不需要克服重力，仅需截止样品位置，其道理是笔据样品位置变化，调控样品库仑力的大小和处所，使之动态“定位”于设定的位置。与大地实验比拟，所需要的电压更小，对样品的烦嚣远小于大地实验，进而提供更逸想的科学实验要求，举例微重力要求下，液态样品更圆，样品的漂浮更逸想。

△科研东说念主员在大地愚弄静电悬浮实验安设开展关系实验

　　无容器材料实验柜是何如使命的？

△无容器材料实验柜轴神思构内装有实验样品

　　在推交运行中，每个样品盒可容纳29个样品。每次实验分为以下要道：

　　①完成真空能够氩气加压的实验环境准备，确保实验在特定的气体环境下进行，以模拟天际中的环境要求；

　　②样品盒开释样品；

　　③位控系统拿获开释样品，对样品进行悬浮位置截止；

　　④启动激光器加热融化样品，对样品可合手续加热到2000℃以上的高温；

　　⑤周围的物态测量相机开展比热容、热导率等热物感性质参数测量；

　　⑥冷凝固样品，并插足深过冷情状，即高温熔体在温度低于其凝固点的情况下仍然保合手液描写态；

　　⑦位控系统将悬浮样品移动到样品回收进口处，通过前后推杆将样品夹合手住，再推送到样品盒内的样品存储位置。

　　在“玉阙课堂”第二课中，神舟十三号乘组不仅先容了无容器材料实验柜的科学道理，还通过视频演示教训了“锆金属融化与凝固”实验。

△神舟十三号乘组在轨先容无容器材料实验柜

　　手脚实验样品的金属小球悬浮在实验腔体中，经过悬浮截止、激光加热、测量物性、再辉、样品冷却凝固、回收等要道后，实验完成。

△神舟十三号乘组在轨先容无容器材料实验柜

　　值得一提的是，实验操作是一个寰宇协同的经过。航天员只需要取出完成实验的样品盒、装上新样品盒，在实验经过中不需要进行凯旋操作，主要通过注入辅导扩充，大地使命主说念主员就不错及时监控实验开展。

△神舟十八号乘组在轨操作无容器材料实验柜

△神舟十八号乘组在轨操作无容器材料实验柜

　　在轨三年以来，无容器材料实验柜已开展多项枢纽盘问格式。近期，愚弄空间站微重力环境开展的相分聚散金凝固表面和相分聚散金原位复合材料制备本事盘问取得了遑急的空间应用阶段性恶果。

　　盘问团队基于前期广泛的地基盘问，优化筹办合金因素和凝固工艺，先后于玉阙二号空间实验室、神舟十三号、神舟十五号和神舟十六号翱游任务时候开展了空间相分聚散金的凝固实验，告捷制备出第二相均匀迷漫散布的原位粒子复合材料样品和具有壳-核结构的球形样品，而疏导凝固要求下的大地凝固样品则呈现了偏析型组织。

△空间凝固合金呈现迷漫型组织，大地凝固合金呈现偏析组织。(a) 启动凝固部位；(b) 试样中部；(c) 终末凝固位置。

△空间样品呈现圆善的核-壳结构；大地样品呈现了偏析型凝固组织。

　　多年寰宇协同盘问，通过地基实验、空间实验和建模与模拟盘问承接结，真切默契了相分聚散金凝固组织酿成经过和枢纽影响因素，发展了多种相分聚散金凝固组织调控设施，为高性能相分聚散金材料筹办与制备打下了基础，从而纵情大型机械、核电、船舶、输电、电子等一些限度对特种材料的需求。

△科研东说念主员展示在空间站凝固的实验样品

　　无容器材料实验柜有望兑现对金属和非金属的“深过冷凝固经过与机理”盘问、新式功能材料制备盘问、高温熔体的热物性精准测量盘问等，对于大地材料的制备、莳植高精度材料的分娩工艺具有十分遑急的道理。

　　异日，更多材料样品将在此开启对于“悬浮”的玄幻之旅。跟着空间材料科学的束缚发展，期待在天际中制备出更多性能优胜的材料，无为应用于全球的平常生涯。

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