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低場核磁技術(shù):破解模擬月壤基建筑材料物性檢測難題

來源:蘇州紐邁分析儀器股份有限公司   2025年05月14日 09:43  

隨著人類對月球探索的不斷深入,建立月球基地已從夢想逐步走向現(xiàn)實(shí)。在月球基地建設(shè)中,月壤基建筑材料因其就地取材的特性,成為關(guān)鍵研究方向。月壤燒結(jié)磚、月壤 - 水泥基復(fù)合材料、月壤 - 聚合物材料等作為主要的材料類型,其性能檢測與水化研究至關(guān)重要。然而,月壤顆粒復(fù)雜,包含玻璃質(zhì)、角礫巖等,傳統(tǒng)的掃描電子顯微鏡(SEM)、X 射線衍射儀(XRD)等方法難以實(shí)時監(jiān)測其水化過程。同時,月球低重力環(huán)境下,材料孔隙率、水分分布(吸附水 / 化學(xué)結(jié)合水)對強(qiáng)度影響顯著,卻缺乏原位監(jiān)測手段。在此背景下,低場核磁共振技術(shù)憑借獨(dú)-特優(yōu)勢,為月壤基材料的研究帶來了新的機(jī)遇。

低場核磁技術(shù):破解模擬月壤基建筑材料物性檢測難題


低場核磁技術(shù)原理與優(yōu)勢

低場核磁共振是通過檢測氫質(zhì)子(1H)的弛豫時間來反映材料中水分狀態(tài)、孔隙分布及動力學(xué)過程的一種技術(shù)。其核心在于利用低磁場強(qiáng)度(通常小于 0.5T)下氫質(zhì)子的弛豫特性,獲取材料內(nèi)部的微觀信息。在月壤基材料研究中,低場核磁能夠非破壞性、實(shí)時、原位地對材料進(jìn)行檢測,無需復(fù)雜的樣品制備過程,特別適合對月壤顆粒復(fù)雜的體系進(jìn)行分析。

低場核磁技術(shù):破解模擬月壤基建筑材料物性檢測難題

核磁共振分析儀PQ001


低場核磁在模擬月壤基建筑材料物性檢測中的應(yīng)用

孔隙率與孔隙結(jié)構(gòu)表征

月壤基材料的孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)直接影響其力學(xué)性能、耐久性等關(guān)鍵指標(biāo)。低場核磁通過檢測氫質(zhì)子在不同孔隙中的弛豫時間差異,能夠準(zhǔn)確表征材料的孔隙分布。對于月壤燒結(jié)磚,其孔隙率受燒結(jié)溫度、時間等因素影響,低場核磁可實(shí)時監(jiān)測燒結(jié)過程中孔隙結(jié)構(gòu)的變化,為優(yōu)化燒結(jié)工藝提供依據(jù)。在月壤 - 水泥基復(fù)合材料中,孔隙率與水泥水化程度密切相關(guān),低場核磁能清晰反映水化過程中孔隙的演化規(guī)律,幫助研究人員了解材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。

水分分布與遷移檢測

月球低重力環(huán)境下,水分在材料中的分布和遷移行為與地球環(huán)境差異顯著。低場核磁能夠區(qū)分吸附水和化學(xué)結(jié)合水,實(shí)時監(jiān)測水分在材料中的狀態(tài)變化。對于月壤 - 聚合物材料,聚合物的加入會改變水分的吸附和遷移特性,低場核磁可檢測不同聚合物含量下水分的分布情況,為材料配方的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

強(qiáng)度影響因素分析

材料的強(qiáng)度與孔隙率、水分分布密切相關(guān)。低場核磁通過對孔隙率和水分狀態(tài)的檢測,結(jié)合力學(xué)性能測試,能夠深入分析月球低重力環(huán)境下影響材料強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。

隨著月球探測任務(wù)的不斷推進(jìn),對月壤基材料的性能要求將越來越高,低場核磁技術(shù)有望與其他檢測手段相結(jié)合,形成更完善的檢測體系,為月球基地建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。相信在不久的將來,低場核磁技術(shù)將在月壤資源的開發(fā)利用和月球基地建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用,助力人類邁向深空探索的新征程。


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