中国科学院空间应用中心、清华大学和中国科学院地球化学研究所携手，拿出了让人眼前一亮的新发现。3月31日那天的消息告诉我们，他们成功把嫦娥五号（CE5）带回来的月壤中的单颗颗粒热导率给测准了，这下算是摸清了天然超绝热材料的底细。大家都知道，真空环境下的热导率跟日常情况大不相同，这回测出的结果显示，月壤里的胶结物颗粒热导率低到了约8 mW·m⁻¹·K⁻¹。这个数值有多牛？跟现在人造的高性能气凝胶差不多，这可是目前发现的热导率最低的天然物质。 这个发现不仅仅是揭示了月壤为啥这么隔热，更是为研究新的极端环境绝热材料找到了一个活样板。团队把月壤按形状分成了胶结物、岩屑和玻璃珠三种类型。胶结物其实就是月表太空风化留下来的典型产物，它的结构最复杂，孔隙率更是高达17.78%，比其他两种材料高出一大截。正是这些内部复杂的缺陷和界面结构，造就了月壤极低的热导率。 为了搞定这次测量，研究团队专门设计了一种悬臂式H型微纳热桥装置，专门在高真空里干活。结果发现，在253K的温度下，胶结物的热导率居然低到了8 mW·m⁻¹·K⁻¹。这就把岩屑给甩在后面3到5倍远，甚至让玻璃珠的热导率都要低1到2个数量级。更有趣的是，胶结物的热导率会随着温度升高稍微变大点，这跟岩屑、玻璃珠的变化规律刚好相反。这主要是因为它是那种非晶质结构的缘故，高温的时候辐射传热更厉害。 研究还进一步解开了胶结物为什么这么隔热的物理机制：它就是用非晶态熔融玻璃把矿物碎屑黏在一起的复合结构，再加上纳米到微米级别的多级孔隙，这样一来声子散射就更强烈了，界面热阻也上去了。而且它的导热性能很大程度上依赖孔隙是不是通的以及结构有多复杂；不同物相之间的振动模式不匹配又让等效界面热阻提高了三个数量级，结果就是胶结物的导热性能只有理想致密矿物的12%。 为了验证这个理论，团队还搭了个跨尺度的传热模型。这次研究算是从微观角度彻底把月壤为啥这么凉和月表极端环境是咋形成的给讲清楚了。这不仅给月表热环境建模和设备设计提供了物性基础，也给咱们以后怎么利用月壤资源搞传热工艺优化提了个醒。