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月球不仅是人类可靠且稳定的“天然空间站”，也是人类走出地球、召开深空探测的起点。现在，世界主要国家均已提出了各自的月球基地（科研站）的建设计划，而如何获取月球基地建设所需的材料是亟需解决的重要问题。原位利用月壤资源建设月球基地，可以从根本上解决月球基地建设材料需求的问题。现在开发的各项月壤原位利用技术均需将月壤加热至部分（烧结）或完全熔融，以达到月壤成形的目的。因此，研究月壤熔融的演变过程及熔融特性对各项月壤原位利用技术的研发具有重要的指导意义。然而，现在的原位利用技术研究多在地球环境下进行，没有考虑月球所处的真空环境，对月壤在真空下的熔融固化特性研究较少。

近期，中国科研实验室新疆理化技术研究所分离材料与技术团队针对这一问题召开了研究。研究以CLRS-1低钛玄武质模拟月壤国家标准样品为研究对象，在真空环境下将其在不同温度下（1100 ^◦C、1200 ^◦C、1300 ^◦C、1400 ^◦C、1500 ^◦C）熔融并固化（图1），并对熔融过程及固化后样品的形态、结构和机械性能进行了研究（图2）。

图1 真空环境下模拟月壤不同温度熔融固化后的样品形貌

结果表明，随着熔融温度的升高，固化后样品的密度、压缩强度和维氏硬度都有所增加，最高压缩强度和维氏硬度分别为125.1 MPa和836.2（HV0.5/15）。值得注意的是，在1400 ^◦C下固化的样品具有最高的纳米硬度和最低的热导率，分子动力学模拟分析表明主要是由于其具有更紧密的原子结构所导致的。此外，还观察到在真空环境下，熔体由于马兰戈尼效应会沿着坩埚壁向上迁移，并且固化后会在坩埚壁上形成一层致密的涂层。上述结果证明了真空熔融固化后的模拟月壤作为月球基地建设材料的可行性，为未来原位利用技术开发给予了理论支撑。同时由马兰戈尼效应引起的月壤熔体迁移现象可用于月球表面原位生成涂层，用以保护月球基地中的各类材料。

图2 固化后样品的特性（A：固化后样品的XRD；B：固化后样品的压缩应力-应变曲线；C：马兰戈尼效应导致的熔体沿着坩埚壁向上迁移） 

相关研究成果近期发表在《美国陶瓷学会会刊》（Journal of the American Ceramic Society）上。研究工作得到了国家自然科学基金、新疆“天山英才”、“天池英才”培养计划等项目的资助。

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