玻璃微珠研究论文

玉兔二号在月球上发现半透明玻璃球

玉兔二号在月球上发现半透明玻璃球，就在最近，玉兔二号又有了新发现，它在月球背面找到数颗半透明的玻璃球，直径达到厘米级。玉兔二号在月球上发现半透明玻璃球。

人类首个月球背面软着陆探测任务——嫦娥四号，在月球上发现了数粒厘米级直径的半透明的玻璃球。这是国际上首次在月球上发现的手标本大小的、半透明的玻璃球（图1）。相比之下，阿波罗宇航员在月球上也发现了一些更大的撞击玻璃球，直径可达数厘米；这些玻璃球整体呈不透明的黑色，内部常常含有大量的碎屑和气孔（图2）。

近日，中山大学肖智勇博士领衔的研究团队，在Science Bulletin 2022年第4期发表了题为“Translucent glass globules on the Moon”的Short Communication论文，报道了玉兔2号月球车在月球背面发现了厘米级直径的透明玻璃球研究，此类玻璃珠在国际上是首次发现。研究认为贫铁的斜长岩月壳在高速撞击作用下，熔融物快速冷凝可形成大量此类透明玻璃球，它们记录了重要的撞击过程和撞击历史的信息，是未来月球探测任务的理想采样目标。

高速撞击作用是塑造月球表面地貌、影响月球地质演化的主要地质营力。在持续的撞击作用下，月球表面被一层厚度不等的月壤物质覆盖，其中含有大量的撞击玻璃。玻璃微珠是月球撞击玻璃的重要组成部分，形成于气化物凝结和熔融物冷凝。和月球火山玻璃微珠一样，月球撞击玻璃珠的直径大多远小于1毫米。撞击玻璃微珠是反演月壤物质成分、记录月表撞击历史的关键载体。

中山大学肖智勇博士领衔的研究团队，使用玉兔2号搭载的全景相机数据分析了这些透明玻璃球的颜色、形态和产出特征。研究发现，这些玻璃球不是月球火山活动或外来撞击体直接降落的产物，它们是成分特殊的撞击玻璃。参考主要月球岩石的熔体在冷却时发生结晶的临界降温速率，研究人员注意到组成月球高地月壳的斜长岩具有很低的铁含量，其熔体的临界降温速率小于5 K/s，因此是形成厘米级直径的透明玻璃珠的最佳原岩。进而，研究人员限定了这些玻璃球沉积时的弹道速度，并使用月球表面的矿物和元素丰度数据，在相应的范围内寻找可能的母坑。结果发现，着陆点附近很多撞击事件可能形成了此类玻璃球，它们可能是月球高地月壤上常见的物质。

这项发现对撞击机理研究具有重要的指示意义：

（1）它们是记录月球高地的早期撞击历史的关键信息载体。例如，这些玻璃球的形成过程可能和地球上广泛分布的远撞击玻璃（俗称玻璃陨石）相似，将证明远撞击玻璃是类地天体上撞击事件的固有产物；

（2）月球高地上形成的古老撞击盆地可能也形成了大量的此类玻璃球，其形成年龄是反演内太阳系早期撞击历史的重要信息。当然，这些指示意义的挖掘和验证需要精细的地球化学数据做支撑。

阿波罗宇航员在月球上活动时，曾惊叹这些厘米级直径的玻璃球十分显眼。玉兔2号月球车发现的这些玻璃球也非常显眼，因此未来的月球探测任务，尤其是月球背面的探测任务将有望发现并返回此类样品。这项发现表明月球斜长岩适用于生产具有良好透光性能的玻璃，未来月球基地的建设可考虑原位使用月球斜长岩作为资源。

去年12月，玉兔二号月球车在月球背面发现一个神秘“小屋”，引起了大家极大俄关注，最终证实是一块外形像兔子的石头。而就在最近，玉兔二号又有了新发现，它在月球背面找到数颗半透明的玻璃球，直径达到厘米级。

看着这些闪着光泽的玻璃球，千万别激动，它们肯定不是咱们小时候玩丢的那些玻璃弹珠，也不是什么神秘外星文明的遗迹。中山大学肖智勇博士领衔的研究团队，使用玉兔二号搭载的全景相机数据，分析了这些半透明玻璃球的.颜色、形态和产出特征，认为是贫铁的斜长岩月壳在高速撞击作用下，熔融物快速冷凝，所以才形成大量此类半透明玻璃球，它们记录了重要的撞击过程和撞击历史的信息，是未来月球探测任务的理想采样目标。

此前“阿波罗”登月任务中，美国宇航员也曾在月球上采集到一些更大的撞击玻璃球，直径可达数厘米，不过整体呈不透明的黑色，内部常常含有大量的碎屑和气孔，而嫦娥二号发现的这种半透明玻璃球，在国际上还是第一次。

虽然不是很多人期待的外星文明痕迹，但大自然的鬼斧神工的确会让人们叹为观止，比如“好奇”号火星车于2014年和2021年，曾多次在火星上发现金属小球，直径有大有小，小的直径不足5毫米，大的直径十几厘米，还闪耀着金属的光泽，一度被认为是火星人的子弹和炮弹，引起来很多人的关注。

但实际上，美国宇航局喷气推进实验室对此的解释，是一种“火星凝固”现象，即它们原先是岩石，曾经被水逐渐侵蚀和软化，产生圆球的形状，而这些圆球的主要的成分是硫酸钙、钠和镁，所以才有金属的光泽，说到底，还是“大自然的鬼斧神工”。

其实，类似的圆球物体在地球上就有很多，比如在美国加利福尼亚州的海滩上，也曾发现过类似的球形物体，而且数量庞大，经调查就是自然形成的。而地球上大自然的鬼斧神工，还会“制造”出一些更像人工的物体，比如黄铁矿晶体，有些竟然是标准的立方体的。如果没有这方面的知识储备，一定会以为是外星人或者史前文明的杰作。

另外，其实我们每天都离不开的食盐，其晶体其实也是立方体的，只不过太过微小，所以没有被大家注意到。而以前被传为史前文明的“岩缝里类似螺钉、齿轮和纽扣的结构”，一度也是让人惊叹不已，以为真有史前文明，或者是外星人早在人类诞生之前就已经来到地球，但实际上，它们就是海百合的化石截面。

对于这篇打破幻想的文章，你如果还能看到这里，我给你一个大大的赞。不过，不要以为这些圆球与外星人无关，就没有意思了。从科学的角度来看，它们的出现，证明将来我们建立月球基地、火星基地的时候，可以就地取材，用这些岩石来制造玻璃，而我们的月球基地，也就是月球联合科研站，距离现实已经不远了，一期工程将从2026年开始，2030年结束，而2030年前我国实现载人登月之后，我们的航天员就可以近距离接触这些月球玻璃珠，仔细探寻它的秘密，在月球上来常打弹珠游戏，也挺不错的。

根据《科学通报》（Science Bulletin）杂志刊载的一项新研究[1]，我国中山大学的天文学家报告，玉兔二号月球车在月球背面新发现了几颗厘米级的透明玻璃球，这在世界航天史上是第一次。那么，这些玻璃球究竟是“谁”留下来的呢？月球背面隐藏着什么不为人知的秘密呢？

在地球上，除了太阳之外，月球是我们肉眼能够看到的最大最亮的天体。月球绕着地球转动，日地月三者的相对位置在不断发生变化，这让月球被照亮的部分也在随之改变，所以我们会看到月相盈亏圆缺。

当月球在轨道上运行到远离太阳的那一侧，也就是让地球处在日月之间时，就会出现满月。此时，我们可以看到圆形的月面，月亮看起来就像是一个皎洁的白玉盘。

如果仔细观察对比每个农历月的满月，就会发现，每次满月都会出现相同的景象，月面上的黑色部分没有区别，都有“蟾蜍”和“玉兔”。但月球是个球体，而且月球本身也在绕着自转轴自转，为什么我们看不到月球的另一面呢？

之所以会出现这种现象，是因为月球的自转和公转是完全同步的，两个周期都是天，分秒不差。由于这种独特的同步自转，让月球朝向地球的面始终如一，所以月球的另一面，也就是月球背面，在地球上是不可见的。

虽然人类此前发射了很多探测器去月球上探测，甚至还有12位宇航员到过月球表面，但都是在月球正面，月球背面始终没有探测器上去过。直到2019年年初，我国的嫦娥四号才第一次成功登陆月球背面，玉兔二号随之踏上月球背面。

玉兔二号在月球上开展了一系列探测，并且取得很多重要的发现。这一次，玉兔二号找到了几颗玻璃珠，有的看起来非常圆润，呈现透明状，这与灰色贫瘠的月表显得格格不入。

想必很多人小时候都玩过玻璃球或者说弹珠，颜色五花八门，这些都是人工制造出来的。通过高温熔化玻璃碎片或者天然矿石，产生熔融的玻璃液，再经过加工之后，就能制造出各式各样的玻璃球。

而月球上并没有人，没有任何生机，那些玻璃球又是“谁”制造出来的呢？难道远古月球上有文明存在？

一系列研究表明，月球始终一片荒凉，没有大气层，没有磁场，根本没有条件来孕育生命。远古月球不可能宜居，那时不会有生命和文明存在。事实上，这些玻璃球是自然形成的。

我国天文学家经过研究后指出，这些玻璃球是由天体撞击之后产生的。月球表面的岩石主要为斜长石，这是一种硅酸盐矿物。当小行星或者彗星高速撞击月表时，产生的上千度高温会熔化这些月岩。然后，这些熔融物又很快凝固，就能形成透明的玻璃球。

月球表面上坑坑洼洼，这都是月球遭受大量撞击留下的陨石坑。月球表面这一侧陨石坑相对少一些，主要是一些较为平坦的月海。而背对地球的月球背面，则遭受了更多天体的撞击，留下了密集的陨石坑。

事实上，当年阿波罗宇航员在月球上也有发现过玻璃球，他们对眼前看到的景象惊叹不已。阿波罗宇航员从月球上带回的玻璃球大都更大，整体偏向黑色不透明。相比之下，玉兔二号发现的玻璃球更小更透明。

玉兔二号已经在月球背面运行超过3年的时间，大大超出预期3个月的寿命，累计走过了1000多米的路程。因为月球背面地形复杂，而且到处都是月尘，玉兔二号不能走得太快，所以在三年里，玉兔二号并没有离开着陆点很远的距离。

尽管如此，当玉兔二号史无前例地在月球背面行驶时，传回了一系列一手的月球背面信息，初步揭示了神秘的月球背面。玉兔二号在月球背面的探测还在继续，还有更多新发现在前方等候着。

这些年来玻璃微珠在美国已成为比较成熟的工程用材料。同时在英国也得到了较为广泛的应用。当然,同体积相比它的价格要比碳酸钙高得多。对于含钠的硼硅酸盐即E玻璃中空玻璃微珠耐水及化学介质的腐蚀性好,具有较低的表面碱性度和含水率,含碱量为重量的,含水率为体积的。当有放热反应时,较高的含水率会导致较多的水分蒸发,最终在产品模塑过程中引起一些缺陷。但是,中空玻璃微珠与通常的填料相比其几何尺寸是较为完整的中空球体,粒度为10～180μm,壁厚为1～3μm,它们象轴承一样互相之间能够滚动,具有很好的自由流动性。玻璃微珠具有质轻、低导热、无毒、不燃、化学稳定性好、高分散等优点。这些优点特别是能够在模塑完成的成品中体现出来。最终产品重量轻,容易安装,并且特别适合制作要求有浮力的制品。上海振旭化工欢迎各界人士来电洽谈。 中空玻璃微珠可以应用在很多材料领域中以提高或改善材料的耐水性、抗压强度、收缩率和冲击强度等。密度低,能制取较轻的部件;孔隙率和比表面低,珠体吸收树脂少,所以即使高量填充,粘度也不高;具有化学稳定性和惰性;良好的抗龟裂性能,最终的制品易于后处理,如钻孔、切割及打磨,这也是中空玻璃微珠较为容易破坏的另一个优点。由于中空玻璃微珠就象减震器一样,因此,产品的抗压强度及抗冲击强度也得以改善。由于中空玻璃微珠优先于树脂基体而破坏,降低了制品受冲击的程度。中空玻璃微珠也具有较好的绝缘性能,这一性能特别是在制品使用过程中遇到有热水冲击时,中空玻璃微珠和树脂便形成了互不连通的热传导绝缘层。最后,由于中空玻璃微珠的着色性不好,使得制品有些发白,但有时这也是优点,一方面可以降低白色颜料如钛白粉的用量,最多可降低50%,另一方面值得一提的是最终产品的色彩较为柔和。上海振旭化工 欢迎各界人士来电洽谈。 在人造大理石及玛瑙制品中的应用 中空玻璃微珠较大的用途是人造大理石。在美国,有许多制造商正在使用这种填料,它有以下优点:①改善冲击性能,正确配方制造的产品其性能高于人造大理石协会的要求。②改善纹理布局及颜色的连续性,使得产品更加美观、耀目。③降低固化时间,具有较快的模具周转速度。④改善冲击强度,提高抗龟裂能力,降低产品的破损率。⑤改善机械加工性,减少去飞边、切割、钻空和打磨的时间。⑥降低后处理工具的磨损。⑦改善浅颜色的着色性能,同时降低TiO2的用量(虽然有时需要混入一些较深的颜色)⑧重量轻,使其在搬运及安装过程中变得更容易,也降低了运输成本。以上所列的优点③～⑧能够明显降低成本。表1为人造大理石标准配方及含中空玻璃微珠配方所用树脂粘度为600～2000cP,采用中空玻璃微珠不会造成混合体系粘度的增加。在这个配方中重量占的中空玻璃微珠其体积可达,这样会使其最终重量降低30%。由于树脂的粘度、当时的环境温度及碳酸钙的粒度是影响混合物体系粘度的主要原因,因此应优化这些因素,使其纹理更流畅、气泡更易排除,特别是当树脂的温度小于21℃时。碳酸钙的粒度应小于30目,以减少对玻璃微珠的损伤. 表1配方中是否含有中空玻璃微珠的人造大理石密度比较 配方 Wt% Vol% 密度 标准 树脂 23 41 碳酸钙 77 59 合计 100 100 含中空玻璃微珠 树脂 中空玻璃微珠 碳酸钙 66 合计 100 100 修补复合材料(树脂腻子) 修补用的复合材料,其典型的应用是在树脂中加入中空玻璃微珠以取代部分碳酸钙、滑石粉等填料制成各种腻子,具有质量轻、附着力强、容易涂沫、低收缩性等优点,尤其是砂磨和抛光等加工性能显著提高。对空心微珠来说,灰尘是一个问题,有趣的是,在后处理过程中,比如打磨,导致空心微珠的破坏形成的灰尘其密度同玻璃的一样,这样它便不会漂于空中而很容易地降落到地面上。这样会大大减少空气中粉尘含量过高的缺点。这种腻子广泛用于玻璃钢制品、汽车、船舶、机床等的修补作业中。应当注意的是中空玻璃微珠的直径不宜过大,防止打磨后留下太大的针孔,同时要选择更加理想的级配。表2是典型的腻子配方,当然要根据树脂的粘度等因素来做适当的优化。表2含有中空玻璃微珠的腻子配方 组成 密度 Wt% Vol% 树脂 37 42 中空玻璃微珠 5 29 滑石粉 58 29这个配方的密度为,而普通腻子为左右。 合成泡沫塑料块及轻质芯材 早在1971年SPI年会上就有一篇研究论文中介绍道,在环氧树脂中加入中空玻璃微珠得到了较高质量的泡沫,并且密度降低了20%～30%。泡沫密度为时静压强度为1136kg/cm2。在制造轻质GRP芯材时,正是由于采用了中空玻璃微珠才使得技术问题得以解决。与通常玻璃钢相比,这种芯材的使用大大提高了制品的刚度并降低重量,根据刚度来选择芯材的厚度。芯材的密度为～,抗压强度为284kg/cm2～426kg/cm2。广泛应用于各种工业制品,如车辆、船舶、建筑用夹层复合板,运动器材、模型、深水浮体等。 聚酯家具 聚酯家具是中空玻璃微珠的另一应用领域,主要是降低其密度,例如,它能使混合物的密度达到,而用珍珠岩为,用碳酸钙为。同时也提高了砂磨和抛光等加工性能,节约工时为50%左右。随着中空玻璃微珠比例的增加其刚度也明显地提高。 玻璃钢喷涂工艺 含有中空玻璃微珠的树脂体系可以采用无气喷涂设备来喷涂,再加上玻璃纤维短切毡、布及其它织物能够制造船舶用层合板。随着体系内压力的不同来选择相应类型的中空玻璃微珠。较为典型的配方是中空玻璃微珠的体积含量为22%,相应的重量含量为5%左右。利用较低剪切力的搅拌设备便能很好地使之分散到树脂中去。 SMC和BMC制品 在SMC和BMC中加入中空玻璃微珠能够使其最终模塑制品的重量降低25%～35%。密度由～降到～,介电性能也得到大大地改善。选择合适的配方能够制造出符合特定要求的绝热板。较为典型的应用实例是能够制造出较为轻质的汽车和建筑零部件。 玻纤缠绕和拉挤工艺 在纤维缠绕和拉挤工艺中应用中空玻璃微珠能够降低成本,降低复合材料的密度,提高复合材料的抗冲击强度和机械加工性能。在拉挤工艺中采用中空玻璃微珠能够降低树脂和玻纤的用量。添加8%的中空玻璃微珠就能减少15%以上的玻纤用量。除了减少重量以外,还能够改善制品的物理、介电和绝缘性能。此外，另一个优点是它在树脂体系中能够起到润滑剂的作用,可以使拉挤速度提高25%～70%。 其它树脂体系 中空玻璃微珠除了添加到聚酯中以外还可添加到环氧树脂中,制成合成泡沫塑料块。在美国环氧/玻璃微珠合成泡沫已经成功地应用到船舵中。这种泡沫塑料块作为船舵的芯材而表层为玻璃钢。同聚酯相比环氧在减轻重量的前提下还能够使之强度得到显著地增加。实验室测得的数据表明,用这种材料制成的船舵,其抗弯曲载荷可达2500kg,是工程塑料ABS强度的3倍。 在德国也有用聚酰亚胺树脂和中空玻璃微珠合成的泡沫塑料块来制造船舵的,这个船舵用在长,重55kg的帆船上。在结构材料中已经成功地采用了刚性的聚酰亚胺泡沫塑料块,这种结构能够使其压缩、弯曲强度及模量,高温条件下的尺寸稳定性得以提高。 空心玻璃微球应用非常广泛： * 涂料、油漆领域： 油漆油墨，如粘合剂、绝缘漆、防腐漆、耐高温防火油漆、建筑涂料、.汽车腻子、地板漆、原子灰等。 * 塑料工业领域： 聚丙烯（PP）、尼龙、聚对苯二甲酸（PBT）、聚甲醛（POM）、PA等功能母粒制成品，如汽车饰件、仪表板、家电外壳、风扇、音箱、灯具总承、铸件、齿轮、结构件、管材等。 * 改性橡胶：各种工业和民用橡胶制品，如地板胶、电线电缆、各类电气开关等绝缘材料、军用民用鞋底、轮胎、传送带、垫圈、密封条等。 * 电气器材、运动器材、医疗器械、汽车部件、汽车壳体、保险杠、活塞环等许多领域。* 建材工业领域：建筑装饰、高级路面铺料、屋顶防水保温涂层、道路工程、改性沥青等。 . 封装材料领域：变压器灌封料、电子封装材料等。 * 聚酯领域：各种玻璃钢家具、船舶、人造大理石 * 航天和空间开发、军事工业：宇宙飞行器、飞船表面复合材料，卫星防火层，.海洋、船舶、深海潜艇等； * 石油工业：油田固井、管道、防腐保温、海底工程等。上海振旭化工 欢迎各界人士来电洽谈。