【我国研究团队首次实现月壤单颗粒热导率精准测定，发现天然超绝热材料】
近日，由中国科学院空间应用中心、清华大学与中国科学院地球化学研究所组成的联合研究团队，首次成功实现了#嫦娥五号#（CE5）月壤单颗粒的热导率精准测量。研究发现，月壤中胶结物颗粒在真空条件下的热导率极低，其绝热性能比肩人造高性能气凝胶，是目前报道的热导率最低的天然物质。这一突破不仅从微观颗粒尺度揭示了月壤极低热导率的成因和月表极端热环境的形成机制，也为研发新型极端环境绝热材料提供了重要的自然范本。
根据形貌特征，月壤颗粒可分为三类：胶结物、岩屑与玻璃珠。其中，玻璃珠多呈光滑球形或椭球形，边界清晰；岩屑则为具棱角和解理面的不规则块体；胶结物形态最为复杂，结构高度不规则，边界模糊。三者在几何复杂性上呈现“胶结物 > 岩屑 > 玻璃珠”的特征。
通过进一步研究，团队揭示了不同颗粒内部的孔隙与缺陷结构、矿物分布等特征。胶结物是月表太空风化的典型产物：其玻璃质基体由撞击熔融形成，内部包裹斜长石、辉石、橄榄石等矿物碎片，在快速冷却过程中，气体被捕获，形成从纳米到微米尺度的多级孔隙结构，并伴随大量晶体-非晶及多相矿物界面，内部结构高度复杂。相较之下，岩屑主要源于基岩破碎，几乎不含闭合孔隙，但受撞击与冷热循环作用产生一定穿晶或沿晶裂隙；玻璃珠由熔体快速冷凝而成，内部相对均一，仅偶见高密度核心或气泡。定量分析进一步显示，三类颗粒的孔隙率差异显著：胶结物平均孔隙率约为17.78%，远高于岩屑（4.02%）与玻璃珠（1.38%）。综上，月壤内部的多尺度缺陷与复杂界面结构，正是其极低热导率的关键成因。
微观结构和矿物组分分析进一步揭示了胶结物超低热导率的物理机制。胶结物颗粒由非晶态熔融玻璃胶结多种矿物碎屑构成，内部高度不规则，并分布着纳米至微米尺度的多级孔隙网络。这种复合结构显著增强了声子散射与界面热阻，延长了热流路径，从而有效抑制热传导。进一步对比发现，胶结物颗粒的热导率并不单单取决于孔隙率，而更依赖于孔隙连通性及结构复杂度。具有更复杂物相界面和连通孔结构的颗粒，即使孔隙率较低，也表现出更低的热导率。
值得指出的是，真实月表环境中还存在太阳风辐照、电荷积累及其他物理-化学耦合作用，这些因素对颗粒热传导行为的进一步影响仍有待探索。
本研究所建立的实验与理论框架，为后续在更接近真实月表条件下开展热传输机制研究奠定了重要基础。该研究也为月表热环境建模与月面着陆器、原位载荷设备等热设计提供了可靠的物性基础。同时，对月壤原位资源利用（如原位制造与建造、挥发分探测提取和能源利用）过程中的传热行为预测与工艺优化具有一定的参考价值。
论文链接：http://t.cn/AXIiVrPX
来源/行星科学