11月18日下午，兩名航天員乘坐神十一返回地面，并帶回了珍貴的“天外來物”：兩批次共12支材料科學實驗樣品。當晚9點左右，中科院上海硅酸鹽所的科研人員就拿到了這些完成太空實驗的材料，后續(xù)將交給科學家進行詳細的性能測試和分析。

    11月19日，在上海科普大講壇上，天宮二號綜合材料實驗裝置研制項目主管設(shè)計師、上海硅酸鹽研究所高級工程師艾飛博士向公眾解密了盛放這些“天外來物”的“八卦煉丹爐”。

    作為中國載人航天領(lǐng)域最為關(guān)鍵的承上啟下環(huán)節(jié)，天宮二號是真正的空間實驗室。在這個面積只有“一室一廳”的實驗室里，要完成數(shù)十項實驗任務(wù)，其中有個重頭戲就是在太空中制備高性能材料。上海硅酸鹽所牽頭研制的“八卦煉丹爐”是一只“身高”半米、體重約21公斤的“黑爐子”，學名叫作材料實驗爐。據(jù)艾飛介紹，該試驗爐高效、節(jié)能，只用100瓦（差不多一只燈泡的功率）就可以實現(xiàn)將近1000℃的高溫，這是采用了多種絕熱保溫專利技術(shù)才能達到的效果。

    如果戴上“透視眼”深入煉丹爐，“左輪手槍”式的結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙別致。它可以一次性將6種材料同時裝進“彈夾”，扣動“扳機”開關(guān)，實驗材料依次自動進入高溫的“槍管”中，完成材料的生長過程。此次，天宮二號的材料實驗中，航天員兩次手工開啟“八卦煉丹爐”，進行樣品更換，從而完成12種新材料實驗。

    “我們的科學家將進一步測試和分析研究太空環(huán)境合成的這些材料到底有哪些神奇之處。”艾飛表示，這12樣來自太空“八卦煉丹爐”的材料包括金屬合金、半導體材料、功能晶體、薄膜和復合材料等。太空中的微重力、超潔凈、超高真空等特殊條件，構(gòu)成了理想的材料實驗環(huán)境。經(jīng)過天宮二號上“八卦煉丹爐”65天的煉制，新材料組分預(yù)期會更均勻，性能比地面更好。

    “材料科學家對太空中的微重力條件十分向往。”艾飛說。比如不少材料科學家最想得到的是像火龍果一樣內(nèi)部顆粒均勻分布的材料。然而，日常用品大多數(shù)是兩種以上的元素組成的，在重力作用下，合成時密度大的元素下沉，密度小的元素在上，材料就形成了分層，這種不均勻就會使材料的質(zhì)量和性能不高。太空微重力下的材料合成能夠避免這種分層問題，得到類似火龍果式的結(jié)構(gòu)。

    在太空環(huán)境下，很多材料的形成過程會發(fā)生改變，從而導致最終材料的性能變化。天宮二號完成了半導體光電子材料、功能晶體、納米介孔材料和新型金屬基復合材料等12種新材料實驗，所有材料實驗樣品均為國內(nèi)首次，更是未來世界的“英雄材料”，為新一代光纖通信、高能物理及核醫(yī)學成像、大飛機發(fā)動機的高溫渦輪葉片等帶來“未來之光”。

    人類第一次太空材料實驗始于1969年。迄今為止，美國、俄羅斯、歐洲等已經(jīng)完成了上千次的太空材料實驗。而我國從1987年利用返回式衛(wèi)星開展首次太空材料科學實驗以來，共計完成材料實驗僅十幾次，獲得材料樣品幾十種，實驗次數(shù)和樣品數(shù)量相對較少。

    雖然我國太空材料實驗起步較晚，但后發(fā)優(yōu)勢越發(fā)強勁，艾飛說。預(yù)計到2022年前后，我國的載人空間站將會基本建成，那時一年就有可能做幾十到上百種材料的實驗，超過我國過去近30年太空材料實驗樣品的總和，讓人向往。

    “目前在我國的空間站上規(guī)劃的材料實驗有兩個大的機柜：高溫材料科學實驗柜和無容器材料實驗柜。”艾飛說，這些機柜是一個比冰箱大一些的集材料合成、制備、加工、分析、處理、測試于一體的綜合實驗平臺，可在軌運行10年甚至更長時間。一旦有了這樣的長期實驗平臺，科學家和工程師們才能夠開展更加細致和深入的材料實驗研究。