研究揭示月球玻璃为何具有超凡抗老化效应

朱汉斌中科院之声

近日，松山湖材料实验室联合中国科学院物理研究所、航天五院钱学森空间技术实验室和南京大学，系统研究了月球玻璃地质时间尺度的老化效应和抗老化机制。相关成果发表于《科学进展》。

月球玻璃是月球风化层的常见成分，主要来源于陨石撞击。它们经历了极长时间（数百万年至数十亿年）的老化，依然保存着完好的玻璃结构。对月球玻璃展开研究，可为未来月球和星际探索的材料选择、成分设计和性能调控提供指导。

研究人员克服嫦娥五号月壤试样玻璃含量较少、玻璃颗粒非常细小、难以还原初始态比照样品等一系列困难，通过精细的聚焦离子束微纳制样及纳米压痕力学测试，结合高分辨球差透射电镜表征，系统研究了嫦娥五号月球玻璃的地质时间老化效应。

研究表明，月球玻璃的长期老化效应非常显著。月球玻璃杨氏模量的大幅升高是由于老化引起了玻璃试样的体积收缩和成分均匀化，其中体积收缩为主要原因。

研究人员证明，这些月球玻璃老化前后塑性变形方式发生了转变，使其硬度变化不大。他们发现，月球玻璃呈现出超凡抗老化效应主要归因于其在特殊的月球环境下自然选择的复杂成分（高熵效应）可大幅提升淬火玻璃的能量状态和结构非均匀性，从而极大延长玻璃的寿命。

研究发现，通过多组分混合、熵调控和适当微量元素的掺入，可以有效增强玻璃抵抗老化的能力。

▲图1. 典型月球玻璃颗粒及其压痕形貌

▲图2. 月球玻璃颗粒（Ⅰ-Ⅴ）超老化态试样与回复态试样之间的杨氏模量和硬度比较（H-A、L-R和M-R分别指代超老化、轻度回复和高度回复试样）

▲图3. 月球玻璃颗粒Ⅰ轻度回复试样和超老化试样的结构特征

▲图4. 月球玻璃（lunar glasses）和其它各种玻璃体系经历不同时间尺度老化后杨氏模量变化对比

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adi6086

来源：中国科学报（2023-11-15 第1版要闻）

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