月球基地建設已成為目前各國對月球探測和開發計劃的重要目標。月球基地的建設需要大量的結構和功能材料，而月球表面覆蓋著一層月壤，是月球最豐富的資源。如何有效利用月壤并用于月球基地建設是目前月球資源利用領域的研究熱點。

受地球上常見的茅草屋和鋼筋混凝土結構啟發，科研人員提出利用月壤制備連續纖維、并以顆粒狀月壤為基體構成纖維增強復合材料，從而為月球基地建設提供新的材料解決方案。近期，中科院新疆理化所與香港中文大學（深圳）、莫斯科國立大學合作，系統剖析了目前各國研究團隊在月壤纖維研究領域的最新成果，總結了月壤和月壤模擬物的組成、礦物相及其物理和化學性質對纖維成纖過程的影響。在此基礎上，提出了制備月壤纖維的通用方法，即通過對月壤成分、熔融溫度、高溫粘度等特性分析，確定月壤成纖過程中的條件參數，并在低重力等月球環境下實現月壤纖維的制備，所得纖維不僅可以為月球基地建設提供關鍵原材料，也為人類在基地內的活動提供生命和生存保障（如廢棄物過濾、蔬菜種植、宇宙射線屏蔽等，圖1所示）。同時，科研團隊分析了月壤纖維成纖設備的工作原理、結構和特征參數，提出了在月面條件下實現纖維連續制備的模塊化裝置設計方案，以便于實現在無人條件下月壤纖維的規模化制備。此外，研究人員從理論角度分析了月球高真空、低重力等環境對月壤成纖過程的影響，發現月面的高真空環境可顯著影響月壤熔融及各組分的均質化過程，而低重力環境有利于纖維成纖過程中晶態向非晶態過程的轉變，從而為控制纖維的力學性能提供了一種有效地手段。月壤纖維可通過3D打印等技術，制備纖維增強復合材料，也可利用纖維表面豐富的金屬元素和長徑比等結構特征獲得功能性纖維材料，實現月壤纖維更廣泛的應用。

該研究成果近日發表在纖維類專業期刊Advanced Fiber Materials上，并被選為封面論文。中科院新疆理化所為該研究工作第一完成單位，博士生郭澤世為論文第一作者，馬鵬程研究員為論文通訊作者。有關低重力條件下纖維制備技術及工藝已申請中國發明專利，成果入選第二屆“率先杯”未來技術創新大賽優勝獎。該研究工作得到中科院“西部之光”交叉團隊-重點實驗室合作研究專項、新疆維吾爾自治區上海合作組織科技伙伴計劃及國際科技合作計劃等項目的支持。

論文信息

1.  Guo ZS, Xing D, Xi XY, Yue X, Liang CG, Hao B, Zheng QB, Gutnikov SI, Lazoryak BI, Ma PC*. Production of fibres from lunar soil: Feasibility, applicability and future perspectives. Advanced Fiber Materials 2022, 4, 923-937（論文鏈接）

# 馬鵬程研究員介紹 #

馬鵬程博士，中國科學院新疆理化技術研究所研究員、理化所環境科學與技術研究室主任，國家海外高層次人才項目入選者、英國皇家化學會會士（FRSC）、德國洪堡學者，分別在蘭州大學取得學士（化學）和碩士（高分子化學與物理）、香港科技大學博士（機械工程學）。曾獲得中組部和中科院聯合頒發的“西部之光”計劃優秀入選者、中國復合材料學會青年科學家、中國僑界貢獻獎等獎勵和榮譽。馬博士主要從事纖維材料及其在工程、環境等領域的基礎和應用基礎研究。在上述領域出版英文學術專著1部、完成專著章節2篇、發表論文90篇，論文被引用超過8300 次；獲得授權發明專利16項，其中8項已經轉讓/技術許可至工業界，相關技術孵化成立一家高新技術企業（中科瑞麗分離科技無錫有限公司），目前正在推動高性能纖維材料在分離領域的規模化應用。