1、空间材料实验技术研究 

　　在太空中，由于重力作用的消失或减弱，可大大降低由于重力引起的对流效应、沉降效应、器壁效应、流体静压力效应等，可获得成分更均匀、结构缺陷更少、性能更好、尺寸更大的材料样品。 

 

空间（微重力）材料科学研究的特点示意图

　　本课题组先后成功开发了多工位空间晶体生长炉、空间综合材料实验装置、多功能材料合成炉等设备，应用于金属合金、半导体、功能单晶等多种类型空间材料制备。其中，我所在空间实验中生长获得了高质量的硅酸铋单晶。 

多工位晶体生长炉 

（神舟1至3号飞船载荷，1999-2001年） 

　　

多功能材料合成炉 

（实践十号返回式卫星载荷，2016年）

空间综合材料科学实验装置 

(天宫二号空间实验室载荷，2016年) 

地面及空间生长的硅酸铋晶体

空间生长得到的单晶中的位错密度比地面的低1个数量级。 (a、b:空间晶体；c、d:地面晶体)

X摇摆曲线表明空间生长晶体具有更高的结构完整性 

　　  

　　2、晶体生长机理研究 

　　（1）设计出空间高温晶体生长实时观察装置，工作温度达1100 C，在我国“返回式”卫星和“神舟”二号飞船上执行了两次空间飞行任务，均获得圆满成功并取得多项创新性成果。

空间晶体生长实时观察装置（神舟二号飞船载荷

同组分材料在地面与空间溶解过程的形貌对比

氧化物的空间胞晶生长及胞晶对流理论模型 

　　  

　　（2）光学实时观察结合原子力显微镜（AFM）原位观察，发现了高温氧化物晶体生长台阶形貌及台阶高度均具有显著的各向异性。 

氧化物晶体不同生长方向的AFM形貌

氧化物晶体不同生长方向的表面台阶高度 

　　  

　　3、地基模拟空间实验技术下新型亚稳功能材料的研究 

　　空间具有无容器、微重力等特殊实验条件，利用气悬浮等技术模拟空间的无容器效应，制备了常规条件无法获得的新型稀土掺杂光学无机氧化物玻璃，玻璃不仅具有肉眼可见的上转换发光，而且具有高折射（大于2.3）、良好的力学性能和热稳定性，在新型固态短波长激光、高精度光学温度测量等领域具有良好的应用前景。

气悬浮无容器激光加热系统实物图

原料(a)、初融(b)、成球并粘壁(c)、悬浮(d)、气泡浮现(e)、除泡（冷却后重新加热）(f, g)、均化(h)、变形（鹅蛋形）(i)、冷却(j)、再辉(k)、成玻(l)

气悬浮喷嘴中氧化物材料的无容器熔化和凝固过程

稀土掺杂无机氧化物玻璃的上转换荧光光谱、玻璃及蓝光照片