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北京時間2025年11月14日16時40分，神舟二十一號載人飛船返回艙攜帶中國空間站第九批空間科學實驗樣品在東風著陸場成功著陸。由清華大學能源與動力工程系李水清教授團隊牽頭、中國科學院過程工程研究所聯(lián)合研制的“微重力半導(dǎo)體納米材料火焰合成機制研究”項目的單液滴燃燒器、采樣板與火焰合成過濾窗一同順利返回地面。

項目團隊參加下行樣品交接儀式

11月15日凌晨0時40分，項目團隊成員在中國科學院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心參加了科學實驗樣品的交接儀式，下行樣品安全完整地交付給項目團隊。

項目下行樣品

該項目聚焦的火焰合成技術(shù)，具有一步連續(xù)合成、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、材料適應(yīng)性廣的獨特優(yōu)勢，可在毫秒尺度內(nèi)完成蒸發(fā)、燃燒、成核與生長，實現(xiàn)原子級別元素摻混，尤其適合空間原位資源利用中復(fù)雜組分、多元顆粒材料的一步制備。同時微重力環(huán)境消除了地面重力導(dǎo)致的浮力對流和沉降等影響，也為揭示燃燒與材料合成的底層物理化學機制提供了理想環(huán)境。研究團隊為此次空間科學實驗任務(wù)專門研制了“預(yù)混平焰+單液滴發(fā)生”的一體化燃燒器，歷經(jīng)18個月的在軌實驗，圓滿完成了預(yù)期的各項實驗任務(wù)，首次在空間微重力條件下實現(xiàn)了自由飛行單液滴的穩(wěn)定點火及燃燒，并首次在空間微重力環(huán)境實現(xiàn)了顆粒材料的氣相合成，成功在軌收集到Al?O?與Y?Al?O??顆粒，完成了從火焰結(jié)構(gòu)調(diào)控到顆粒實際生成的完整驗證鏈條。項目還發(fā)現(xiàn)了飛行燃燒液滴在微重力極端條件下的碰壁反彈機制，觀測到燃燒或冷態(tài)液滴與高溫金屬采樣板發(fā)生“熱態(tài)反彈/冷態(tài)黏附”分化行為，揭示了類似“萊頓弗羅斯特效應(yīng)”（Leidenfrost effect）的獨特動力學行為。

空間單液滴燃燒與反彈

此次任務(wù)的圓滿成功，標志著我國實現(xiàn)空間原位制備關(guān)鍵顆粒材料的前沿探索邁出了關(guān)鍵的一步。研究為未來我國長期地外探索中利用星球原生資源進行關(guān)鍵功能材料（如能源催化劑、電池材料、傳感器等）的“太空原位制造”提供了科學層面的可能。同時，該技術(shù)在地面轉(zhuǎn)化的成果也已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣，研發(fā)的高性能納米粉體材料已在紅外光學、特種電池、高端生物陶瓷等尖端領(lǐng)域取得應(yīng)用。后續(xù)，項目團隊將立即對返回的空間實驗樣品開展全面的天地比對分析，以系統(tǒng)揭示微重力條件對顆粒生成過程的影響。

來源 | 清華新聞網(wǎng)

編輯 | 宋婷婷

審核 | 麻林巍

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