새로운 연구: 중국과학원, 화성양을 리용하여 련속섬유를 제조하는 면에서 진전

화성은 태양계에서 지구를 제외하고 인류가 이주하기에 가장 적합한 행성으로 여겨지며 인류가 드넓은 우주를 탐측하는 기점이기도 하다.최근 몇 년 동안 화성 기지 건설이 주목을 받았다.화성의 표면은 화성토양을 덮고 있다.화성 자원을 제자리에서 이용하면 기지의 건설 비용을 낮출 수 있고 화성에서 인류의 생존 유지 능력을 향상시킬 수 있다.복합재료는 기체와 증강체로 구성된 이원 또는 다원 혼합체계로서 구성재료는 성능면에서 서로 장점을 취하고 단점을 보완하여 시너지효과를 발생시켜 복합재료의 종합성능이 원구성재료보다 우월하고 나아가 부동한 요구를 만족시킨다.따라서 화성 자원을 제자리에서 이용하여 기체와 증강체를 획득하여 복합재료로 만들 수 있다면 화성 기지 건설과 운영 과정의 지구 자원에 대한 의존도를 줄일 수 있을 것이다.

최근 중국과학원 신장이화기술연구소, 지구화학연구소는 홍콩중문대학(선전) 등과 연합하여 화성기지 건설의 고성능 증강체 재료에 대한 수요를 출발점으로 화성양을 이용하여 연속섬유를 제조하고 화성기지 건설에 사용할 타당성을 검토하였다.연구에 따르면 화성양은 지구 현무암과 비슷한 화학성분, 광물상 구성과 유사한 용융행위를 가지고 있다.실험에 따르면 시뮬레이션 화성 토양은 1360에 있다℃ 가 완전히 녹으면 용융-냉각 과정에서 뚜렷한 수정체가 석출되지 않으며 용해체는 담금질한 후 비정상적인 유리체로 전환된다.이 실험결과를 지침으로 과학연구일군은 용융-견인법을 채용하여 부동한 성섬속도에서 련속적인 화성양섬유를 획득하였다.

연구에 따르면 얻은 섬유의 평균 지름은 9.7-13.9 μm, 단일 와이어의 최대 스트레칭 강도는 1320 MPa, 최대 스트레칭 계량은 99GPa。이와 함께 성섬유 속도가 증가함에 따라 섬유의 스트레칭 강도와 양씨 계량이 낮아지는 것으로 나타났다.이는 성섬유 속도가 섬유 중 원자의 집적 구조에 영향을 미치기 때문일 수 있다.

화성양 섬유 중 시는 주요 원소이며 함량이 45를 넘는다wt%. Si 원자는 O 원자와 사면체 구조를 형성하여 섬유에 네트워크 유닛을 형성한다.하나의 O 원자가 두 개의 Si 원자를 연결하면 브리지 산소이고, 그렇지 않으면 브리지 산소가 아니다.일반적으로 규산염 체계에서 브리지 산소 키 수가 많을수록 Si 원자가 형성하는 네트워크 중합도가 높다.

과학연구일군이 라만스펙트럼을 채용하고 고스분봉의합연구를 결합하여 실증한데 따르면 화성양섬유의 네트워크중합도는 성섬유속도가 증가됨에 따라 감소되는데 구체적으로 라만스펙트럼에서 3개 교산소가 함유된 규소산소사면체봉면적이 점차 감소되고있음을 나타낸다.따라서 이 연구는 낮은 성섬유속도에서 제조된 화성양섬유가 더욱 치밀한 원자구조를 갖고있어 외부파괴에 더욱 쉽게 저항할수 있으며 나아가 비교적 좋은 력학적성능을 갖고있음을 증명하였다.

한걸음 더 나아가 과학연구일군들은 화성의 저중력 및 특수대기 (저기압 및 타성분위기) 등 환경조건과 결부하여 상술한 요소가 섬유성섬유과정 및 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

연구에 따르면 화성양을 원료로 련속적이고 직경을 통제할수 있는 섬유재료를 얻을수 있으며 동시에 얻은 섬유는 복합기술을 통해 섬유증강복합재료의 제조를 실현할수 있는데 이는 원위치에서 화성양을 리용하여 화성기지를 건설하는데 응용가치가 있다.

관련 연구 성과는'교차과학'(iScience)에 발표됐다.연구사업은 국가자연과학기금, 중국과학원 관련 프로젝트, 신장위구르자치구'톈산영재'육성계획 등의 지원을 받고 있다.

화성양을 이용하여 연속섬유를 제조하여 화성기지 건설에 사용한다는 구상도(A) 및 서로 다른 성섬유 속도로 생산되는 화성양 섬유의 미시적 형태(B)와 구조적 표징(C)