今日太空实验室｜来，教你变个硬核魔术

今天，在介绍实验之前，先来带大家回忆一个场景。

我们平常做饭的时候，都需要将食材先放进碗或锅里，再用筷子和炒勺进行搅拌、翻炒。尽管这些餐具非常洁净，还是会有些物质残留在表面上。不知不觉间，这些物质就慢慢“混”进了食物当中。

这就不由得生出一个大胆的想法：有没有可能做出完全不被“污染”的美食？

对我们普通人来说，这简直是在变魔术。然而，这个念头，科学家也有，甚至比我们更加大胆。如果把整个制作过程放进太空，又会怎么样？

01

无容器材料实验柜

科学家们设计出了无容器材料实验柜，实验就在无容器实验平台中开展。

无容器材料实验柜的大致位置

无容器材料实验柜

在空间站首个舱段发射前，科学家们就“迫不及待”地将这个实验柜安置在核心舱内的“天花板”上，想要在太空验证一下。

天和核心舱模型内部展示的无容器材料实验柜

不过，这倒不是为了应用于烹饪，而是加工一些新型材料，这些材料将用于推动各个行业发展进步。

具体怎么操作呢？

我们先使用激光对悬浮在微重力环境中的样品进行加热，将其熔化。

加热熔化前的材料样品

接着，通过调整激光功率和加热时间，使熔体达到适当的温度和熔化程度。

加热熔化后的材料样品

随后，我们迅速将样品冷却至凝固点以下，使其进入深过冷状态，从而获得高质量的材料。

冷却凝固后的材料样品

重点来了，科学家想要观察的是，材料在熔化状态下，它的表面张力和粘度如何？材料在迅速冷却的过程中，它的密度会怎样变化？

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点击此处 进店订购无容器加工方式可以避免与容器壁接触，消除接触污染，利于实现深过冷凝固，非接触也适用于高温高活性合金熔体、宽广温度范围的热物性测量。微重力下浮力对流极大减弱、密度沉降基本消失，干扰减少、微重力时间长，非常有利于凝固组织和相关物理机制的研究。

可以说，造福强迫症患者的同时，让科学家们获得了制造新型材料的重要启发。

02

深过冷技术

此类实验也得益于科学家前期发现的一个特殊现象：深过冷。它描述的是，液体在温度低于其凝固点的情况下仍然保持液态状态。

例如，在通常的环境下，水在零度会结成冰，但在过冷的情况下，水在零度以下仍然可以保持为液态。

在深过冷的状态下，液体具有很大的过冷度，也就是实际的凝固温度距离其理论凝固温度的温度差非常大。在没有杂质晶核的均匀液体和高温熔体中，深度过冷状态相对容易实现。

打个比方，玻璃的形成就是一种典型的深过冷凝固过程。

在玻璃形成中，物质被迅速冷却至低于其玻璃转变温度的温度范围。

这使得物质处于一种深度过冷状态，在此状态下，原子没有足够的时间和机会形成有序的结晶结构，而形成了一种非晶态的结构，即玻璃。

深过冷还可以制备其他具有特殊结构和性质的材料，如金属玻璃、纳米晶体材料等。

此外，在科学研究中，深过冷技术也是一个非常有用的工具。

例如研究非平衡凝固的相变热力学和动力学行为以及熔体的热物性等。

在工业应用方面，深过冷技术还可以用于制造高精度光学和高性能的电子材料等。

总之，深过冷技术的应用潜力非常广阔，将会在许多领域中发挥重要作用。

空间无容器实验装置“微重力+深过冷”特性，有效解决了高温熔体快速凝固和热物性测量面临着难熔、活性高、过冷小的挑战，为研究多相竞争机制、凝固过冷度控制、凝固路径与相组成调控提供了理想的实验研究环境。

03

应用前景广阔

这些在轨科学实验样品非常宝贵，需要请航天员帮忙带回地面，交给科学家们继续分析研究。空间站里的第一批无容器材料实验柜在轨科学实验样品就由神舟十二号航天员乘组随返回舱带回了地面，引起科学家们的高度关注。截至去年年底，第三批在轨实验样品也已经下行，科学家们根据分析研究，在国际学术期刊发表了多篇论文。

神舟十二号乘组航天员正在操作实验柜

目前，通过无容器材料实验柜进行加工的实验样品包括了新型金属合金，可以用于新一代航空发动机叶片，能够极大地保障我们在飞行中的安全；

新型特种功能材料，例如，与钻石折射率相近的镧钛玻璃，能够大大提升相机分辨率，帮助人们更加清晰地记录这个世界；

半导体光电子材料，如激光器晶体YAG，广泛用于工业、医疗、科研、通讯和军事等领域。

也许，在不远的将来，这些新型材料的研制与应用能够颠覆性的改善和提高我们的生活质量。你看，这个不经意间产生的想法，多么珍贵。同时，也再一次告诉我们，保持细心和好奇有多么重要。

我们平常难以观察到的现象，竟是如此神奇。“太空悬浮术”这门绝技，你是不是已经学会了呢？

本文转载自公众号：中国载人航天

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原标题：《今日太空实验室｜来，教你变个硬核魔术》

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