科技前沿·月壤纤维

新疆理化所

在月壤纤维制备和应用

这一前瞻性研究领域取得进展

月球基地建设已成为目前各国对月球探测和开发计划的重要目标。月球基地的建设需要大量的结构和功能材料，而月球表面覆盖着一层月壤，是月球最丰富的资源。如何有效利用月壤并用于月球基地建设是目前月球资源利用领域的研究热点。

图1 利用月壤制备纤维并将所得材料用于月球基地建设的方案

受地球上常见的茅草屋和钢筋混凝土结构启发，科研人员提出利用月壤制备连续纤维、并以颗粒状月壤为基体构成纤维增强复合材料，从而为月球基地建设提供新的材料解决方案。

近期，中科院新疆理化所与香港中文大学（深圳）、莫斯科国立大学合作，系统剖析了目前各国研究团队在月壤纤维研究领域的最新成果，总结了月壤和月壤模拟物的组成、矿物相及其物理和化学性质对纤维成纤过程的影响。在此基础上，提出了制备月壤纤维的通用方法，即通过对月壤成分、熔融温度、高温粘度等特性分析，确定月壤成纤过程中的条件参数，并在低重力等月球环境下实现月壤纤维的制备，所得纤维不仅可以为月球基地建设提供关键原材料，也为人类在基地内的活动提供生命和生存保障（如废弃物过滤、蔬菜种植、宇宙射线屏蔽等，图1所示）。同时，科研团队分析了月壤纤维成纤设备的工作原理、结构和特征参数，提出了在月面条件下实现纤维连续制备的模块化装置设计方案，以便于实现在无人条件下月壤纤维的规模化制备。此外，研究人员从理论角度分析了月球高真空、低重力等环境对月壤成纤过程的影响，发现月面的高真空环境可显著影响月壤熔融及各组分的均质化过程，而低重力环境有利于纤维成纤过程中晶态向非晶态过程的转变，从而为控制纤维的力学性能提供了一种有效地手段。月壤纤维可通过3D打印等技术，制备纤维增强复合材料，也可利用纤维表面丰富的金属元素和长径比等结构特征获得功能性纤维材料，实现月壤纤维更广泛的应用。

该研究成果近日发表在纤维类专业期刊Advanced Fiber Materials上，并被选为封面论文。中科院新疆理化所为该研究工作第一完成单位，博士生郭泽世为论文第一作者，马鹏程研究员为论文通讯作者。有关低重力条件下纤维制备技术及工艺已申请中国发明专利，成果入选第二届“率先杯”未来技术创新大赛优胜奖。研究工作得到中科院“西部之光”交叉团队-重点实验室合作研究专项、上海合作组织科技伙伴计划及国际科技合作计划等项目的支持。

论文信息：

1. Guo ZS, Xing D, Xi XY, Yue X, Liang CG, Hao B, Zheng QB, Gutnikov SI, Lazoryak BI, Ma PC*. Production of fibres from lunar soil: Feasibility, applicability and future perspectives. Advanced Fiber Materials 2022, 4, 923-937.