中国团队首次精准测定月壤单颗粒热导率：发现天然超绝热材料

刘绪刚

快科技3月31日消息，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低至约8 mW·m⁻¹·K⁻¹，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。

研究团队将月壤颗粒按形貌分为胶结物、岩屑、玻璃珠三类，其中胶结物是月表太空风化典型产物，结构最复杂且孔隙率达17.78%，远高于岩屑和玻璃珠，其内部的多尺度缺陷与复杂界面结构，是月壤极低热导率的核心成因。
团队通过自主设计的悬臂式H型微纳热桥装置，在高真空环境下完成精准测试，发现253K时胶结物热导率低至8 mW・m⁻¹・K⁻¹，较岩屑低3-5倍、较玻璃珠低1-2个数量级，且其热导率随温度升高略有上升，与岩屑、玻璃珠的变化规律相反，这一特性源于其非晶质结构与高温下的辐射传热增强。

研究还揭示了胶结物超低热导率的物理机制：其非晶态熔融玻璃胶结矿物碎屑的复合结构，叠加纳米至微米级多级孔隙，显著增强声子散射与界面热阻，且热导率更依赖孔隙连通性和结构复杂度；不同物相间的振动态不匹配，让等效界面热阻提升三个数量级，使胶结物热导率仅为理想致密矿物的12%。

团队还构建了跨尺度传热模型，验证了微观结构对热传导的控制作用。
此次研究从微观尺度揭示了月壤低热导率成因和月表极端热环境形成机制，为月表热环境建模、月面设备热设计提供了可靠物性基础，也为月壤原位资源利用的传热工艺优化提供参考。