实践十号卫星发射升空：19项微重力科学实验揭秘，胶体有序排列研究引领新材料突破_BBIN游戏

那么这些听起来很“冷酷”、似乎离我们生活千里之外，却只能“从天而降”来动员人们的实验到底是什么呢，有什么科学价值呢？有太多需要解释的地方。胶体与液晶的实验项目之一——胶体有序排列与新材料研究，特邀中科院微重力重点实验室主任、实践十号卫星总设计师王玉仁科学的应用体系。研究人员解释道。

图1 实践十号卫星在轨仿真图

为什么要长途跋涉去太空做实验？

材料在液态和固态之间相互转变的过程中，有序结构（晶体）和无序结构（非晶）的竞争形成一直是物理学和材料科学领域最关键和最具挑战性的前沿科学问题。该项目被《科学》杂志列入目前急需解决的125个重要科学问题。

据王玉仁研究员介绍，本次实验任务主要研究胶体液滴的蒸发过程以及空间中液晶相的形成过程。那么为什么要去太空研究胶体和液晶的这些物理过程呢？王玉仁研究员解释说，主要原因是在地面上研究胶体体系有序-无序转变的过程会受到重力沉降、浮力对流等因素的影响，从而掩盖了相变过程（物质具有固相）和液相）。，气相，相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程的物理性质）。在这些影响下，人类无法准确理解其自组装行为的本质规律。因此，对这些问题的深入研究只能通过空间实验来完成。利用太空中重力接近于零的微重力环境，我们可以探索地面上仍然存在的问题。无法揭示的微观物理定律。

图2 “实用10号”胶体材料盒负载成型示意图

你根本不知道胶体有多“有意识”

王玉仁研究员表示，胶体一般是指粒径小于一微米的物质在另一种均匀介质中混合形成的混合体系。人们在日常生活中可以见到许多胶体，如牛奶、泡沫塑料、发胶、油漆、泡沫剃须膏、胶水，甚至灰尘、泥土、烟雾等。胶体具有许多独特的性质，如布朗运动、电泳、廷德尔效应（进入胶体的光被散射，呈现出不同的颜色）等，但更特殊的性质在于它们的“意识”——即胶体的自组装能力：只有在自身的相互作用下颗粒，它可以自然地聚集在一起形成稳定的结构排列，无需外部干预。通常只要温度、光线等外界环境因素发生变化，胶体就会发生反应，发生这种自组装，因此更容易形成大面积的有序结构。

胶体颗粒形成的有序结构不仅可以制备具有特殊光学性质的新材料，如光子晶体、光开关、离子探针等，而且还可以用于催化、吸收和分离行业。然而，由于地面上的胶体粒子会受到重力沉降或浮力对流的干扰，在这些影响下，人类无法准确理解其自组装行为的本质规律。而且，观测微米级胶体颗粒动态运动的过程也非常困难。难的。

图3 胶体颗粒自组装现象

“天作之合”液晶屏还是液晶屏吗？

水晶是指在原子尺度上具有极其有序排列的一类物质，如日常生活中用于装饰的闪闪发光的宝石，其原子在空间中具有周期性排列。

但大多数晶体是指固体，而液晶则比较特殊。它们不仅具有空间排列的有序性，而且还具有水等液体的流动特性。我们都经常看电视，其中一种常见的电视类型是液晶电视。液晶是具有许多不同物理形式的物质，称为液晶相。

那么，进入太空后液晶的特性会发生怎样的变化呢？ “上天”的液晶还会是液晶吗？

王玉仁研究员解释道：研究空间中的液晶相变过程和相形成机制，主要是确定不同浓度条件下形成的液晶相的差异。在地面进行此类实验研究时，由于沉降和重力的影响，无法确定液晶相形成的具体条件。但在太空中，排除了重力等因素的干扰，观察到微重力条件下液晶相的分布与地面一致。实验的区别在于利用了大范围均匀分布的便利条件太空中液晶的研究，探索晶核的生成和液晶相的形成和演化过程，从而更准确地确定液晶的生成条件，使地面实验无法解决的重大问题取得科学突破。基础科学问题。

图4 中国科学院微重力重点实验室主任、实践十号卫星科学应用系统总设计师王玉仁研究员

十号即将在太空开展的“胶体有序排列与新材料研究”实验项目，是我国首次对太空复杂流体开展全面、系统的研究，极有可能突破重大问题基础科学研究。作为我国首颗微重力试验卫星，实践十号承载了19个科学实验项目，其对科学发展的巨大贡献将永垂不朽。