“小微球”托起“海洋梦”-新闻中心-平台-全球领先人工智能嵌入式开发平台

【导语】深海，这个地球上尚未被充分探索的神秘领域，蕴藏着丰富的资源，对资源枯竭的预防及极端环境下生命机制的研究具有重要意义。然而，深海探索之路充满挑战，尤其是深潜器的上浮问题亟待解决。固体浮力材料，特别是其核心——轻质高强的空心玻璃微球的制备技术，成为突破这一难题的关键。中国科学院理化技术研究所的团队历经二十年艰辛探索，终于成功研制出这种材料，为深海探索提供了(le)可(kě)靠(kào)保(bǎo)障(zhàng)，也(yě)为(wèi)我(wǒ)国(guó)的(de)海洋梦想打开了新篇章。

深海是地球中尚未被充分探索的领域，蕴含着丰富的资源，探索深海不仅有助于我们对资(zī)源(yuán)枯(kū)竭(jié)的预防，还能推动对极端环境(jìng)下(xià)生(shēng)命(mìng)适(shì)应(yīng)机制的了解。然而，深海探索面临诸多挑战，特别是深潜器的上浮问题。在深海作业时，深潜器需承受极端的水压考验，难以依靠自身动力或母船的拉力实现上浮，因此，必须借助特制的固体浮力材料，才能在(zài)其(qí)完(wán)成(chéng)作(zuò)业(yè)并(bìng)抛(pāo)载(zài)压(yā)舱(cāng)重(zhòng)物(wù)后(hòu)，实(shí)现(xiàn)无(wú)动(dòng)力(lì)的(de)自(zì)主上(shàng)浮(fú)。

固(gù)体(tǐ)浮(fú)力(lì)材(cái)料(liào)的(de)制(zhì)备(bèi)技(jì)术(shù)难(nán)度(dù)大(dà)，仅(jǐn)有(yǒu)少(shǎo)数(shù)几(jǐ)个(gè)国(guó)家(jiā)掌(zhǎng)握(wò)，其(qí)核(hé)心(xīn)挑(tiāo)战(zhàn)是(shì)要(yào)寻求材料的密度与强度的协同关系，解决这一问题的关键是制备出轻质高强的空心玻璃微球。空心玻璃微球是一种新型无机非金属中空薄壁的球型粉末材料，主要成分为碱/碱土金属硼硅酸盐，其密度约为0.1~0.7 g/cm3，粒径约为10~200um，壁厚约为0.5~1.5um。中空结构赋予材料低密度的特性，能够降低浮力材料的密度，而其良好的球(qiú)形(xíng)度(dù)能(néng)有效地将外部负载分散到材料的各个部分，提升其力学强度，为深海应用提供可靠材料保障。

图1固体浮力材料

图2 空心玻璃微球

图3 空心玻璃微球电子显微镜图 (a)空心玻璃微球与头发丝对比图，(b)空心玻璃微球多球图，(c)空心玻璃微球单球图，(d)空心玻璃微球球(qiú)壁放大图

上世纪90年代，中国科学院理化技术研究所的宋广智、张敬杰研究员在进行实心玻璃微球产业化的过程中，发现在水(shuǐ)中(zhōng)漂(piào)浮(fú)了(le)薄(báo)薄(báo)一(yī)层(céng)的(de)颗(kē)粒(lì)，经(jīng)过(guò)表(biǎo)征(zhēng)和(hé)调(diào)研(yán)，发(fā)现(xiàn)了(le)这(zhè)些(xiē)颗(kē)粒(lì)有(yǒu)着(zhe)空(kōng)心(xīn)结(jié)构(gòu)，且(qiě)有(yǒu)巨(jù)大(dà)的(de)应(yīng)用(yòng)潜(qián)力(lì)，团(tuán)队(duì)当(dāng)即(jí)决(jué)定(dìng)对(duì)空(kōng)心(xīn)玻(bō)璃(lí)微(wēi)球制备进行深入研究，并发明了“软化学”法制备空心玻璃微球的先进路线，使我国在该领域拥有了自主知识产权。

空心玻璃微球的研发并不是一帆风顺的，在实验初期，因为缺少经费和设备的支持，团队只能靠发明一些小专利，将专利出售的收益用于设备搭建与材料研发中，通过不懈努力，微球的体积漂浮率逐步提至90%以上。但是空心(xīn)玻(bō)璃(lí)微(wēi)球(qiú)的(de)表面仍存在较多的缺陷，力学性能差，不能满足深海探索的要求，为此，严开祺研究员和团队进行攻关，针对关键的工艺参数进行调整，经过数十年的努力，才成功制备轻质高强的空心玻璃微球。