《我国空间站高性能难熔合金研究取得多项新发现》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2024-07-06
  • 新华社西安7月3日电(李国利、杨吉)记者3日从中国科学院空间应用工程与技术中心了解到,西北工业大学魏炳波院士团队在中国空间站开展的高性能难熔合金研究,近期成功获取难熔合金熔体的关键热物理性质,在空间凝固制备方面取得多项科学新发现,为我国空间材料科学理论研究、新型高性能的难熔合金材料制备等提供了重要基础,相关成果已发表于《先进材料》等国际学术期刊。

    高性能难熔合金是特种稀有金属材料,具有“超高温、高活性”等特征,但地面环境中的难熔合金研究长期受重力、容器等条件制约,难熔合金液态性质的精确测定与快速凝固合成制备存在困难。

    2021年4月29日,无容器材料实验柜随天和核心舱发射升空。中国科学院空间应用中心研究员、应用发展中心主任张伟说:“实验柜利用静电场所提供的电场力,使材料样品在真空环境中保持稳定悬浮状态,避免与容器壁接触的影响,可进行金属、非金属等无容器深过冷凝固和热物理性研究。”

    自2021年4月以来,魏炳波院士团队制备的10余种数百个高性能难熔合金样品,先后在中国空间站无容器材料实验柜进行6批次在轨实验,成功完成难熔合金微重力条件下的静电悬浮、加热熔化、降温、过冷、凝固、热物理性质测定等重要实验。

    “我们发现了一系列新成果,主要包括发现了微重力液滴凝固的涡旋型特殊组织结构,阐明了微重力凝固收缩的动力学规律,揭示了微重力和无容器共同作用下共晶合金解耦生长的内在机理,实现了太空环境凝固合金的微观组织与宏观形态的双调控等。”西北工业大学物理科学与技术学院教授王海鹏说。

    我国空间材料科学研究始于1986年,中国空间站的全面建成为空间材料科学的发展开辟了更加广阔的前景。中国载人航天工程空间材料科学领域首席科学家魏炳波院士说:“未来我们一定会取得更多的国际领先成果,利用空间环境的特殊性制备或合成出新材料,并转化为新质生产力,更好服务于科技强国建设。”

  • 原文来源:https://www.cnenergynews.cn/kejizhuangbei/2024/07/04/detail_20240704167118.html
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    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
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    • 目前,在中国空间站内,部署了科学实验柜等具有国际领先水平的空间科学研究与应用设施,能够在轨支持空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力基础物理、微重力流体物理等诸多领域的研究与应用,中国空间站正在成为我国当前覆盖学科领域最全、在轨支持能力最强,且兼备有人参与和上下行运输等独特优势的“国家太空实验室”,各类空间科学与应用研究有序展开。 近日,由西北工业大学科研团队主导的超高温合金材料研究取得新进展,研究团队通过中国空间站提供的微重力环境获得了材料的关键物理特性,实现了难熔合金微观组织结构与宏观形态的双调控。 据介绍,研究团队选取的实验材料为铌合金,从2021年9月开始,样品分三批,随天舟三号、天舟四号、天舟五号货运飞船进入中国空间站开展空间材料科学实验。在航天员的协助下,研究团队成功完成了材料在微重力条件下的加热、熔化、降温、过冷、凝固以及热物理性质测定等重要实验。 铌是一种难熔金属,其熔点高达2400多摄氏度。铌合金材料具有塑性好,加工和焊接性能优良等特点,可用作航天和航空工业的热防护和结构材料,因而被认为是下一代火箭和航空发动机的重要备选材料。 不过,在地面环境下,要对其两千多摄氏度的熔体开展物理特性的研究十分困难,连实验容器都很难找到。而中国空间站的无容器材料实验柜刚好能够提供无容器和微重力环境的绝佳实验条件,也为研究人员获取其物理特性提供了可能。 锆合金在轨凝固实验取得科学新发现 除了对超高温合金材料开展研究外,研究团队还在中国空间站所提供的微重力环境下,对锆合金材料开展了在轨凝固实验,同样取得了重要发现。 锆合金具有耐腐蚀性和生物相容性,通常在核技术及医学植入领域有着广泛的应用。此前,锆合金的36个实验样品,通过天舟三号货运飞船送入中国空间站,借助微重力环境,研究团队得到了不同于地面的材料内部温度场和流场分布,并观察到特殊的表面组织结构。 据介绍,锆合金固体状态和液体状态间存在密度差,通常凝固后会出现收缩与缩孔,这也是该专业领域普遍受到关注的研究方向。此次在微重力环境下得到的表面涡旋组织结构,是此前在地面条件下从未发现过的现象,将对进一步了解材料特性,拓展材料应用提供新的可能。 科研团队利用中国空间站,共对6种合金材料开展了上百次实验,未来还将计划对其他材料,尤其是瞄准国家重大需求的新型功能晶体、特种材料等开展相关空间研究。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-01-02
    • 多年以来,科学家们都知道水具有奇怪的性质 其他液体如酒精和油脂在压缩时会变得更重,但是水却变得更轻,如同冰块漂浮在一杯水中。其他流体在冷却时密度逐渐变大,但奇怪的是,水在华氏39度左右或者在结冰之前密度最大。 现在瑞典的科学家已经了解到,水的有悖常理的行为源于它在两种液态下存在的奇异能力。发表在“科学”杂志上的文章,解释了尖端的传感器如何帮助揭示研究人员花费了上百年时间来试图解开的奥秘。 他们希望这一工作最终能够解释水是如何激发创造生命的。 斯德哥尔摩大学的共同作者兼化学物理学教授Anders Nilsson告诉Seeker :“水的行为相比其他液体非常奇怪。我们应该由衷的感激它,否则,我们可能不会存在。没有这些特性,生命无法存在,因为海洋的底部会在冰河时期冻结。” 通过使用日本和韩国英里长的X射线激光器,Nilsson和他的团队能够在毫秒级的间隔内看到在越来越低的温度下转变的水分子。 要认识到只有在含有杂质的情况下,水在华氏32度才会结冰。反过来说,对于绝对纯净的水,即使处在低于零下的温度多年,也可能不会冻结。在2011年,科学家发现水在直到零下55华氏度左右时,仍旧可以保持液体状态。 Nilsson说:“大多数人认为水在零摄氏度时就会结冰,但那是因为水里面有杂质。” 尼尔森的研究小组发现,在温度变低时,水会膨胀和收缩,在常规密度的水和高密度的水(重量会增加20%左右)之间交替变化。而且随着温度的下降,这种交替变化会加剧。最终在零下华氏47度左右,波动相等,各占50%。在更低的温度下,波动再次减缓,最终结冰。 图中显示了不同温度水的两种不同局部结构(高密度为红色区域,低密度液态为蓝色区域)区域之间的波动。观察到热力学响应和相关函数的最大值是温度的函数,当两个结构中的分子数目相等时,将导致在深度过冷状态下水的奇异特性的强烈增强。图片来源:斯德哥尔摩大学 Nilsson说,在那些过冷温度下,水会像罐子里的油和水一样分离。他解释到,高密度的水看起来像牛奶。 这一问题的关键是组成水分子的原子键。冰分子在原子结构内的空间比水分子大。这就是为什么它们能够漂浮在水中。随着温度的降低,纯净的水分子因这一空间而变得越来越不稠密。 相关介绍:水可能同时存在两种非常不同的液体 以前认为水只存在于单一的液体,蒸汽和固体冰三种状态之一,但这些发现为研究人员打开了一个新的世界,为水的奇异行为提供了潜在的根据。Nilsson的团队正在研究压力如何影响两种液态水。 斯德哥尔摩大学化学物理学博士研究生AlexanderSpäh在一份声明中表示:“在象水这样一个深入研究的课题中做出新发现的可能性是非常诱人和鼓舞人心的。” 文章来自seeker网站,原文题目为The Strange, Counterintuitive Properties of Water, Explained,由材料科技在线汇总整理。