近期，国家基础学科公共科学数据中心“微重力多学科数据库”在期刊《NDT & E International》发表了题为“Non-destructive investigation of thermophysical properties on the China’s space station: In-orbit experiment measurements and analysis”的研究论文，详细介绍了在中国空间站（CSS）上利用静电悬浮炉（ELF）对熔融样品的密度、表面张力和粘度进行无损检测研究。论文的第一作者为中国科学院上海硅酸盐研究所钟秋副研究员，通讯作者为杨莉萍研究员。文中致谢如下：We also thanks for scientific data by National Basic Science Data Center “China Manned Space Science and Applications Database” (NO. NBSDC-DB-17).

熔体的热物理性质是阐明相变的关键参数，包括晶体相、液相和玻璃态之间的各种转变。熔体的热物性参数包括粘度、质量密度、表面张力等，可作为表征流体动力学和传热行为的基本指标。这些性质不仅对探索新材料，而且对研究和控制相变过程也至关重要。然而，测量高熔点超冷熔融金属的热物性参数时面临挑战，因为它们的反应性和来自坩埚壁的污染风险。为了克服这些挑战，已开发了几种悬浮方法，其中静电悬浮由于其通用性而占据突出位置，因为它可以使用静电力悬浮带电物体，并适应各种材料。由于浮力驱动的对流常常掩盖潜在的扩散现象，因此在微重力条件下进行热物性参数的测量可以减轻浮力驱动的对流，便于获取更为精确的数据。

该论文讨论了在中国空间站（CSS）的微重力环境下利用静电悬浮炉（ELF）对熔融样品的密度、表面张力和粘度进行无损检测研究。此外，研究团队通过比较熔融Zr的测量性能，讨论了微重力对测量结果的影响。为了解决在无损检测过程中微重力环境带来的挑战，研究团队开发了几种解决方案。这些方法包括用于红外温度测量的温度校正，用于密度测试的双摄像机位置校正技术，用于表面张力测试的双电极同步激励、半频率激励和精细扫描方法，以及用于粘度测试的信号解调方法。这些方法使得三个热物性参数的不确定度分别为0.51 %、3.10 %和9.78 %。该研究强调了CSS上ELF测量的可行性和准确性，为了解微重力条件下熔融材料的性质提供了宝贵的见解。这项研究的发现为理解熔融材料的热物理性质提供了重要贡献。

图1 中国空间站无容器材料科学实验架上的静电悬浮炉(A)，带有36个光学窗口的实验室(B)和全视图相机的快照 (C)

图2 Zr熔体密度与温度的关系

图3  Zr熔体表面张力的温度依赖性(A)，Zr熔体粘度的温度依赖性(B)