作者:朱汉斌 来源:中国科学报 发布时间:2023/11/14 16:38:06
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研究揭示月球玻璃地质时间尺度的超凡抗老化效应

 

松山湖材料实验室联合中国科学院物理研究所、航天五院钱学森实验室和南京大学系统研究了月球玻璃地质时间尺度的老化效应和抗老化机制。近日,相关成果发表于《科学进展》。

月球玻璃是月球风化层的常见成分,主要来源于陨石撞击,它们经历了极长时间(数百万至数十亿年)的老化,依然保持着完好的玻璃结构。研究认识月球玻璃的老化和抗老化效应,可为未来月球和星际探索的材料选择、成份设计和性能调控提供指导。

得益于中国科学院院士汪卫华、邹志刚和杨孟飞组织的嫦娥五号月壤试样研究项目和团队,研究人员克服了嫦娥五号月壤试样中玻璃含量较少,玻璃颗粒非常细小,难以从月壤混合物中分离出足够的纯玻璃试样用以传统较为便捷的热分析法,难以还原初始态比照样品等一系列困难,通过精细的FIB微纳制样及纳米压痕力学测试,并结合高分辨球差透射电镜表征,系统研究了嫦娥五号月球玻璃的地质时间老化效应。

研究结果表明,月球玻璃的长期老化效应均非常显著。透射电镜分析结果表明,月球玻璃杨氏模量的大幅升高是由老化引起玻璃试样的巨大体积收缩和成份均匀化所致,其中体积收缩为主要原因。玻璃颗粒超老化试样相较于回复试样体积收缩可达10.8-12.5%。

研究人员通过对比回复研究证明这些月壤玻璃老化前后塑性变形方式发生了转变,得以保持其硬度变化不大。通过对比各种玻璃体系在不同时间尺度下的老化效应,揭示月球玻璃的超凡抗老化效应主要归因于其在特殊的月球环境下自然选择的复杂成分(高熵效应)。

高熵和复杂的成分可以大幅提升淬火玻璃的能量状态和结构非均匀性,从而极大延长玻璃的寿命,呈现出超凡的抗老化效应。研究发现也证明通过多组分混合、熵调控和适当微量元素的掺入,可以有效增强玻璃抵抗老化的能力,从而增强其抗老化效应和性能调控及服役范围。

该研究结果可为面向辐射防护和空间应用的高性能玻璃材料的研发和性能调控提供指导和帮助。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.adi6086

 
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