去中国空间站“旅行”回到地球的材料，会有什么变化吗？6月21日，解放日报·上观新闻记者在中国科学院上海硅酸盐研究所直击了其被拆封的这一刻。

5根约30厘米长的陶瓷管在桌面一字排开，它们在中国空间站的高温材料实验柜里已经待了200余天，6月4日随神舟十五号载人飞船返回地面。

工作人员拆开了其中的“07”号管，这是来自上海硅酸盐研究所的实验样品。8个白色陶瓷垫片被取出，为保护实验样品不碎裂，它们的功能相当于快递里的“泡沫垫”。在众人屏息的期待中，一根约10厘米长的石英透明玻璃管被取了出来。

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刘学超拿着玻璃管。黄海华 摄

“长得非常不错，出现了明显的孔。”高温材料科学实验系统主任设计师、上海硅酸盐所研究员刘学超拿起玻璃管，仔细端详着。只见一部分银色的铟硒半导体材料，紧贴着玻璃管壁“生长”，从外面可以清晰地看到它们的“孔洞”。

难以想象，这一材料以每小时1毫米的速度在微重力的空间“生长”着，并持续了80多个小时。“这是我们第一次在空间验证这个材料。”刘学超说。

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【这就像有了一个好的“药引子”】

“毕竟8年‘磨一剑’，我到现在都还很激动，有的团队成员想到今天要接收实验样品，昨晚兴奋地失眠了。”刘学超说。

中国空间站目前共有14个科学实验柜，其中有两个材料科学实验装置，即“高温材料实验柜”和“无容器实验柜”，其科学实验系统都由上海硅酸盐所牵头研制。

空间站高温材料柜。受访者供图

空间站无容器材料柜。受访者供图

为何要让材料去空间“旅行”？刘学超举了一个例子：单晶硅一直难以突破“大尺寸”瓶颈，国外科学家正是通过空间实验，有了一个重要发现，关键要精准控制其“生长”的界面。如今，单晶硅已经可以在地面“生长”到一米多长。“在微重力的空间，更便于测量材料的各种参数，通过研究其空间机理，反过来可以指导在地面的研究，这对我国突破‘卡脖子’的关键科学和技术问题具有重要意义。”

晶体要“生长”，需要好的晶体“种子”，但在地面往往很难制备。科学家发现，在太空中“生长”的晶体，相比在地面，其缺陷密度要低两个数量级。“如果在太空先培育一个好的‘胚芽’，再拿到地面去‘生长’，这就像有了一个好的‘药引子’，后续的‘生长’态势就会比较好。”刘学超说。

高温材料实验柜可在微重力下支持材料的高温加热、定向凝固、快速冷却、实时测量等功能，是我国最新一代的空间材料实验装置之一。两个高温炉的最高加热温度分别为1200℃和1600℃，单批次加热样品数量达到16支，均处于国际领先水平；x射线透射成像，是国际上首次在载人空间站开展，可实时观察样品加热和凝固过程。

【究竟什么是“无容器”】

此次一同从空间站返回地面的，还有“无容器实验柜”的第四批样品。究竟什么是“无容器”？

材料一般都装在一个容器里，但容器往往会带来污染，同时容器壁对材料产生的压力也会导致制备过程中的受力不均。如果不和容器发生反应，可以得到更高纯度和更均匀的材料。能否不要容器，而用其他外力让它在空间浮起来？

这听上去有些“异想天开”，但它最终得以实现。作为国内首个、国际上第二台在轨运行的“无容器”实验设施，“无容器实验柜”2021年4月29日随空间站核心舱发射上天，至今已稳定运行700余天，最高加热温度3000℃，达到国际领先水平。

“无容器”如何实现？“好比发射一颗炮弹，先把它装在弹匣里，到了空间再把它释放出去，让其飘浮在空中，实验结束再把它回收到弹匣里。”无容器材料科学实验系统主任设计师、上海硅酸盐所研究员余建定告诉解放日报·上观新闻记者。

余建定拿着无容器材料样品盒。黄海华 摄

据介绍，“无容器实验柜”已取得大量在地面上难以获得的关键科学数据。一方面，可为探索有应用前景的新金属材料提供指导，比如飞机发动机叶片；另一方面，也有助于探索行星演化规律和地球环境变化起源。

本文作者：黄海华

题图来源：5根约30厘米长的陶瓷管。黄海华 摄

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