11月18日下午，兩名航天員乘坐神十一返回地面，并帶回了珍貴的“天外來物”：兩批次共12支材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品。當(dāng)晚9點(diǎn)左右，中科院上海硅酸鹽所的科研人員就拿到了這些完成太空實(shí)驗(yàn)的材料，后續(xù)將交給科學(xué)家進(jìn)行詳細(xì)的性能測(cè)試和分析。

    11月19日，在上海科普大講壇上，天宮二號(hào)綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置研制項(xiàng)目主管設(shè)計(jì)師、上海硅酸鹽研究所高級(jí)工程師艾飛博士向公眾解密了盛放這些“天外來物”的“八卦煉丹爐”。

    作為中國(guó)載人航天領(lǐng)域最為關(guān)鍵的承上啟下環(huán)節(jié)，天宮二號(hào)是真正的空間實(shí)驗(yàn)室。在這個(gè)面積只有“一室一廳”的實(shí)驗(yàn)室里，要完成數(shù)十項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，其中有個(gè)重頭戲就是在太空中制備高性能材料。上海硅酸鹽所牽頭研制的“八卦煉丹爐”是一只“身高”半米、體重約21公斤的“黑爐子”，學(xué)名叫作材料實(shí)驗(yàn)爐。據(jù)艾飛介紹，該試驗(yàn)爐高效、節(jié)能，只用100瓦（差不多一只燈泡的功率）就可以實(shí)現(xiàn)將近1000℃的高溫，這是采用了多種絕熱保溫專利技術(shù)才能達(dá)到的效果。

    如果戴上“透視眼”深入煉丹爐，“左輪手槍”式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙別致。它可以一次性將6種材料同時(shí)裝進(jìn)“彈夾”，扣動(dòng)“扳機(jī)”開關(guān)，實(shí)驗(yàn)材料依次自動(dòng)進(jìn)入高溫的“槍管”中，完成材料的生長(zhǎng)過程。此次，天宮二號(hào)的材料實(shí)驗(yàn)中，航天員兩次手工開啟“八卦煉丹爐”，進(jìn)行樣品更換，從而完成12種新材料實(shí)驗(yàn)。

    “我們的科學(xué)家將進(jìn)一步測(cè)試和分析研究太空環(huán)境合成的這些材料到底有哪些神奇之處。”艾飛表示，這12樣來自太空“八卦煉丹爐”的材料包括金屬合金、半導(dǎo)體材料、功能晶體、薄膜和復(fù)合材料等。太空中的微重力、超潔凈、超高真空等特殊條件，構(gòu)成了理想的材料實(shí)驗(yàn)環(huán)境。經(jīng)過天宮二號(hào)上“八卦煉丹爐”65天的煉制，新材料組分預(yù)期會(huì)更均勻，性能比地面更好。

    “材料科學(xué)家對(duì)太空中的微重力條件十分向往。”艾飛說。比如不少材料科學(xué)家最想得到的是像火龍果一樣內(nèi)部顆粒均勻分布的材料。然而，日常用品大多數(shù)是兩種以上的元素組成的，在重力作用下，合成時(shí)密度大的元素下沉，密度小的元素在上，材料就形成了分層，這種不均勻就會(huì)使材料的質(zhì)量和性能不高。太空微重力下的材料合成能夠避免這種分層問題，得到類似火龍果式的結(jié)構(gòu)。

    在太空環(huán)境下，很多材料的形成過程會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致最終材料的性能變化。天宮二號(hào)完成了半導(dǎo)體光電子材料、功能晶體、納米介孔材料和新型金屬基復(fù)合材料等12種新材料實(shí)驗(yàn)，所有材料實(shí)驗(yàn)樣品均為國(guó)內(nèi)首次，更是未來世界的“英雄材料”，為新一代光纖通信、高能物理及核醫(yī)學(xué)成像、大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫渦輪葉片等帶來“未來之光”。

    人類第一次太空材料實(shí)驗(yàn)始于1969年。迄今為止，美國(guó)、俄羅斯、歐洲等已經(jīng)完成了上千次的太空材料實(shí)驗(yàn)。而我國(guó)從1987年利用返回式衛(wèi)星開展首次太空材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)以來，共計(jì)完成材料實(shí)驗(yàn)僅十幾次，獲得材料樣品幾十種，實(shí)驗(yàn)次數(shù)和樣品數(shù)量相對(duì)較少。

    雖然我國(guó)太空材料實(shí)驗(yàn)起步較晚，但后發(fā)優(yōu)勢(shì)越發(fā)強(qiáng)勁，艾飛說。預(yù)計(jì)到2022年前后，我國(guó)的載人空間站將會(huì)基本建成，那時(shí)一年就有可能做幾十到上百種材料的實(shí)驗(yàn)，超過我國(guó)過去近30年太空材料實(shí)驗(yàn)樣品的總和，讓人向往。

    “目前在我國(guó)的空間站上規(guī)劃的材料實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)大的機(jī)柜：高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和無(wú)容器材料實(shí)驗(yàn)柜。”艾飛說，這些機(jī)柜是一個(gè)比冰箱大一些的集材料合成、制備、加工、分析、處理、測(cè)試于一體的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可在軌運(yùn)行10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。一旦有了這樣的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，科學(xué)家和工程師們才能夠開展更加細(xì)致和深入的材料實(shí)驗(yàn)研究。