一支由中國科學(xué)院空間應(yīng)用中心、清華大學(xué)及中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所共同組建的科研團(tuán)隊，在月壤熱學(xué)性質(zhì)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊首次實現(xiàn)對嫦娥五號月壤單顆粒熱導(dǎo)率的精確測定，發(fā)現(xiàn)月壤中特定成分的熱導(dǎo)率低至8毫瓦每米開爾文，這一數(shù)值已接近人造高性能氣凝膠的絕熱水平，成為目前已知天然物質(zhì)中熱導(dǎo)率最低的材料。

科研人員將月壤顆粒細(xì)分為膠結(jié)物、巖屑和玻璃珠三類，其中膠結(jié)物作為月球表面太空風(fēng)化的典型產(chǎn)物，展現(xiàn)出獨特的物理特性。這種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度遠(yuǎn)超其他兩類顆粒，其孔隙率高達(dá)17.78%，內(nèi)部存在從納米到微米級的多尺度缺陷網(wǎng)絡(luò)。實驗數(shù)據(jù)顯示，在253開爾文的測試條件下，膠結(jié)物的熱導(dǎo)率較巖屑低3至5倍，較玻璃珠低1至2個數(shù)量級，且隨著溫度升高呈現(xiàn)異常的上升趨勢，這與常規(guī)礦物材料的熱傳導(dǎo)規(guī)律形成鮮明對比。

研究團(tuán)隊通過自主研發(fā)的懸臂式H型微納熱橋裝置，在超高真空環(huán)境中完成了這項精密測量。進(jìn)一步分析表明，膠結(jié)物的非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在高溫條件下輻射傳熱顯著增強(qiáng)，這是造成其熱導(dǎo)率反常變化的關(guān)鍵因素。該物質(zhì)由熔融玻璃包裹礦物碎屑形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，配合多級孔隙系統(tǒng)，極大增加了聲子散射路徑和界面熱阻，使得熱傳導(dǎo)效率大幅降低。

微觀層面的觀察顯示，膠結(jié)物內(nèi)部不同物相間的振動模式存在顯著差異，這種不匹配性使等效界面熱阻提升三個數(shù)量級。最終測得其熱導(dǎo)率僅為理想致密礦物的12%，這種超低熱導(dǎo)特性主要源于孔隙連通性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的協(xié)同作用。科研人員構(gòu)建的跨尺度傳熱模型證實，正是這些微觀結(jié)構(gòu)特征主導(dǎo)了月壤的熱傳導(dǎo)行為。

這項發(fā)現(xiàn)為理解月球表面極端熱環(huán)境提供了關(guān)鍵物性參數(shù)。月壤在晝夜溫差超過300攝氏度的極端條件下，其獨特的熱傳導(dǎo)機(jī)制直接影響著月表設(shè)備的熱控設(shè)計。研究團(tuán)隊建立的精確熱物性數(shù)據(jù)庫，不僅可優(yōu)化月球探測器的熱管理系統(tǒng)，還為開發(fā)新型極端環(huán)境絕熱材料提供了天然模板。特別是膠結(jié)物中多級孔隙結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，為地球極端環(huán)境下的熱防護(hù)技術(shù)開辟了新的研究方向。

實驗數(shù)據(jù)還顯示，月壤不同組分的熱傳導(dǎo)特性存在顯著差異。這種特性差異要求未來月球基地建設(shè)必須根據(jù)具體地質(zhì)條件，針對性地設(shè)計熱防護(hù)方案。科研人員指出，月壤原位資源利用過程中，必須充分考慮其熱傳導(dǎo)特性的空間變異性，這對建立可持續(xù)的月球基地至關(guān)重要。相關(guān)研究成果已通過國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，引發(fā)空間科學(xué)界的廣泛關(guān)注。