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根据国家航天局报道，2024年6月4日7时38分，在月球背面停留了近2天的嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞，约6分钟后，成功将上升器送入预定环月轨道，标志着距“人类首次月球背面自动采样返回”目标达成又迈进了关键一步。
# m0 Q V2 n; P' i$ T/ W7 {2 t) y后续，上升器将与在环月轨道上等待的轨道器和返回器组合体进行月球轨道的交会对接，并将月球样品转移到返回器中；轨道器和返回器组合体将环月飞行，等待合适的返回时机进行月地转移，在地球附近返回器将携带月球样品再入大气层，计划降落在内蒙古四子王旗着陆场。3 ?+ w% a5 x0 Q: o3 r8 `
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图片来源：新华社
- g% K0 x& @: Y' o嫦娥六号探测器在月球背面完成了世界首次采样和起飞任务，标志着中国深空探测能力的显著提升。嫦娥六号在月球背面完成取样后，还进行了一个令无数中国人为之振奋的“大动作”——在月球背面成功展开五星红旗，吸引了全世界人民的目光，中国也因此成为第一个在月球背面独立动态展示国旗的国家。5 r; d# \ v' p" \0 N
但是你知道看似在地球非常容易地展示红旗的动作为什么会带来如此大的影响吗？其背后又蕴藏着多少高科技的技术？4 ^0 D* `3 T4 @# G: ~, P* A; w6 w
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图片来源：新华社发 国家航天局供图 6 ~( @2 Y) l5 \5 j! V3 r
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& ]0 Y, O6 c) i! ~- B我们平时看到的五星红旗大多是由春亚纺面料制成。
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春亚纺面料以涤纶为主，经过织布、炼白、印染、高温蒸洗、脱水、定型、裁剪、缝纫、检验等10多道工序后，摇身一变，成了我们鲜艳的五星红旗。8 `9 g# t. y, l I7 H; S
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春亚纺面料具有高强度和高弹性，保证了红旗在长期使用中不易破损，能够保持平整和挺括。其独特的耐腐蚀、易加工的特性，使得红旗在制造过程中更加容易处理，并且能够抵御各种环境因素的侵蚀。
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此外，春亚纺面料还具有优良的透气性和快干性，使得红旗在不同天气条件下都能保持良好的状态。那么利用这种集众多优良属性于一身的面料制作的五星红旗是否能胜任在月球的展示任务呢？
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织物布料（图片来源：veer图库） + T) k) Q# g5 w( K
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答案是否定的。我们先来看看月球是一种怎样的环境。4 b- b4 C0 _( ]
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月球表面没有大气层，这就意味着月球无法像地球那样通过大气层来反射和吸收太阳辐射，也无法通过大气逆辐射来保持夜晚的温度。月球表面的最高温度可超过130℃，最低气温低至零下180℃，温差要比地球大得多。; R7 }( g5 P) k) B) \2 `$ y
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月球表面暴露在强烈的太阳紫外线辐射下，这些高能辐射会对物体的材质和颜色产生很大的影响。月球表面始终处于高真空的状态，并且可能存在多种化学物质，对材料的挥发性和稳定性也带来了更大的考验。7 w1 b* x2 S% q% I/ i
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此外，月球表面经常受到微流星体的轰击，这些微小但高速的物体会产生极大的冲击力，对任何存在于月球表面的物体具有很大的物理破坏性。普通材质的物体很难承受月球的极端环境。因此，在月球表面动态展示国旗绝非易事。
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" u" A% u2 `2 D3 [2 |) J玄武岩做的国旗 % d. W) _2 t' o
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为实现首次在月球背面展示五星红旗的任务，中国科学家在国旗材质的选择上煞费苦心。本次中国在月球背面展示的五星红旗材质的秘密，蕴藏在一种名为“玄武岩”的石头中。5 V4 I; L, q, ?/ Q
玄武岩是一种重要的基性火山岩，其形成源于地球内部深处的岩浆活动。当岩浆从地壳深处上升到地表时，由于温度和压力的变化，岩浆中的矿物开始结晶，形成玄武岩。这种岩石主要由斜长石、辉石等矿物组成，并富含二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙和氧化镁等化学成分。$ }7 O" G5 J$ {* P! N3 k
玄武岩具有一系列独特的物理和化学性质，因此被广泛应用于各个领域。在建筑行业中，玄武岩以其抗压性强、耐磨性好和吸水率低的特点，成为优质的建筑装饰材料和地铺石材。
8 P3 C! z, v+ n) g8 B; d在交通基础设施建设中，玄武岩的压碎值低、抗腐蚀性强和沥青粘附性好，使其成为修建公路、铁路和机场跑道等的重要材料。此外，玄武岩还可以作为制作胶凝材料的基本原料，用于生产各种建筑用胶凝材料。$ d5 w% p7 R" b( l& J4 V3 z8 |% q( J
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4 Q! h0 \ L2 Y, i, w; h j: Z玄武岩（图片来源：veer图库）
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% T1 q2 |9 d) Q; v( ~ 那么这种“石头”
+ J( i6 N. V$ ?* _- B+ g是如何制成国旗的呢？
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% x4 ~2 ?1 _# ]1 a- |嫦娥六号展示的国旗制作工艺和过程堪称科技与艺术的完美结合。中国科学家选用与月壤化学成分相近的玄武岩作为主要材料，经过高温熔融至1600℃左右后，通过特殊的喷丝工艺将其制备成直径约为头发丝三分之一的超细玄武岩纤维。4 ]+ @" O: \3 o) Y0 [! E( p5 j/ K: Z
随后，这些纤维经过纺纱、织造等工艺，织成国旗的布料。这面“石头版”国旗的重量只有11.3克，比嫦娥五号携带的以芳纶纤维为主的国旗还要轻0.5克。! D" g" J a. W$ F( J3 D+ {' n! i6 j
这种玄武岩纤维 # P% C4 p3 \' {! v# E7 h# b
只能制作国旗吗？
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/ e2 k' ^0 W5 s: ~ t2024年4月25日，中国科学家在国际知名期刊“Advanced Materials”发表了一篇关于摩擦电玄武岩纺织品的文章，进一步拓宽了我们对玄武岩纤维的认识。
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2 ~, i% Y9 X/ {. \0 x研究者首先通过“高温熔化-冷水淬火”工艺制得固体玻璃体。然后将获得的玻璃体放置在纤维拉丝炉中，在1350℃高温下进行单孔拉丝，得到玄武岩纤维。
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8 o n6 ^/ H5 o _+ K4 r最后经过编织工艺制得玄武岩纤维织物，作为摩擦电层的正极。摩擦电层的负极则是以聚酰亚胺为基材，掺杂铁电陶瓷粉末铌酸钠-钛酸锶，采用静电纺丝技术制得。( a- x5 ~4 Q7 T ^
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a. 具有良好阻燃和热防护性能的摩擦电玄武岩织物原理图；b.玄武岩织物织造工艺示意图；c.摩擦电玄武岩织物照片；d.不同氮化硅含量的玄武岩织物的输出性能；e.玄武岩织物电镜图（图片来源：参考文献1） ' Z% ~* x" a6 W: S1 b
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研究结果表明，摩擦电玄武岩织物的输出功率密度在100℃时可达到740.6毫瓦每平方米。在520℃的酒精灯火焰加热后，摩擦电玄武岩织物仍能保持约55%的初始电输出。+ P5 m; X! {$ I# G, g1 H
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$ B! f- r: B" p( o% m4 p值得注意的是，即使将该摩擦电玄武岩织物浸在液氮中（−196℃），其输出电压仍能保持初始值的85%以上。玄武岩纤维织物超宽的工作温度范围（-196℃至520℃），赋予了其在高低纬度、高海拔、沙漠、甚至于太空等极端环境应用的可能性。
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结语 , H& |& E2 ~! K) I
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嫦娥六号在月背表面动态地展示的五星红旗，彰显了中国在航天领域的创新实力，这一壮举将激励我们一定要继续前行，勇于创新，为实现中华民族伟大复兴贡献智慧和力量！# n* ?* a! }5 ]- u0 Q" l3 ~
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出品丨科普中国/ n' M- t' k8 O; {
作者丨石畅（物理化学博士）
9 y* \$ V1 F: m$ u. e z监制丨中国科普博览
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发表于 2024-6-26 01:11:59
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