隨著(zhe)月球探測(ce)任務(wu)的持續(xu)推進(jin)，利(li)用(yong)月壤資(zi)源(yuan)開(kai)展(zhan)原位(wei)建造(zao)成(cheng)為深空探索的關鍵技術。月壤即(ji)月球表(biao)面的覆蓋(gai)物質(zhi)，由於(yu)其稀缺性和不可(ke)-再(zai)生(sheng)性，科學(xue)家通過(guo)地球材料配(pei)制出模擬月壤，用(yong)於(yu)開(kai)發月壤燒結磚(zhuan)、月壤-水泥基復(fu)合材料和(he)月壤-聚合物材料等(deng)建造(zao)材料。然(ran)而(er)，月球極-端環(huan)境(jing)——晝(zhou)夜溫(wen)差(cha)高達-173°C至127°C，導致(zhi)材料內部(bu)水分(fen)反復(fu)經歷月壤低(di)溫凍(dong)結與(yu)解凍(dong)過(guo)程，引發結構損傷(shang)風(feng)險(xian)。在(zai)這壹背(bei)景(jing)下(xia)，低(di)場核磁(ci)共振技術以(yi)其無損、精準的特(te)性，成(cheng)為追蹤(zong)水分(fen)遷(qian)移(yi)、評估微裂(lie)紋(wen)風(feng)險(xian)的(de)突破性手(shou)段(duan)。

月壤與(yu)模擬月壤：地月研究(jiu)的橋(qiao)梁

月壤是月球表(biao)面由隕(yun)石(shi)撞擊(ji)、宇(yu)宙風(feng)化等(deng)作(zuo)用(yong)形成(cheng)的細顆(ke)粒物質(zhi)。由於(yu)阿波羅(luo)計(ji)劃采(cai)集(ji)的月壤樣品極其有限(xian)，難以(yi)滿(man)足(zu)大規模實驗需求(qiu)，模擬月壤應運(yun)而(er)生(sheng)。通過(guo)匹(pi)配(pei)月壤的礦物組(zu)成(cheng)、顆(ke)粒形態和物理性質(zhi)，模擬月壤為地面實驗(yan)提供了(le)可行(xing)替代品。

月壤低(di)溫凍(dong)結與(yu)凍(dong)融(rong)循環(huan)：材料隱(yin)憂何在(zai)？

月球表(biao)面的極-端溫(wen)差(cha)使材料內部(bu)水分(fen)經歷劇烈(lie)的(de)凍(dong)融(rong)循環(huan)。當(dang)溫(wen)度(du)降至(zhi)冰(bing)點以(yi)下(xia)，水分(fen)凍(dong)結體(ti)積膨(peng)脹，產生(sheng)內應(ying)力；溫(wen)度(du)回升(sheng)後冰(bing)層融化，水分(fen)重(zhong)新(xin)分(fen)布。反復(fu)的相(xiang)變過(guo)程導(dao)致(zhi)材料內部(bu)微裂(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)並(bing)擴(kuo)展(zhan)，最終(zhong)引發結構失效(xiao)。例(li)如(ru)，月壤-水泥基材料若(ruo)存(cun)在(zai)孔(kong)隙水(shui)，凍(dong)融(rong)循環(huan)可(ke)能(neng)使其韌性下降、滲(shen)透(tou)性升高，威脅(xie)構築物安(an)全。

此外，月球重(zhong)力僅(jin)地球1/6，低(di)重(zhong)力效(xiao)應(ying)可能(neng)影響(xiang)水分(fen)分(fen)布與(yu)遷(qian)移(yi)規律(lv)。通過(guo)離心(xin)機(ji)模擬低(di)重(zhong)力環(huan)境(jing)，結合低(di)場核磁(ci)共振技術，可研究水(shui)分(fen)在(zai)材料中的(de)均勻性，為材料設計(ji)提供依(yi)據。

低(di)場核磁(ci)共振技術：洞察水分(fen)遷(qian)移(yi)的“眼睛(jing)"

低(di)場核磁(ci)共振技術基於氫(qing)原(yuan)子(zi)在(zai)磁(ci)場(chang)中的(de)弛豫行(xing)為，通過(guo)檢測(ce)信(xin)號幅(fu)度與(yu)弛豫時(shi)間(jian)，可非(fei)侵(qin)入式地量化水分(fen)含量(liang)、狀(zhuang)態（自(zi)由水(shui)/束(shu)縛水）及空間(jian)分(fen)布。在(zai)月壤低(di)溫凍(dong)結實驗(yan)中，該(gai)技術能(neng)實時(shi)追蹤(zong)水分(fen)在(zai)凍(dong)結-融化過(guo)程中的(de)動態路徑(jing)：

相(xiang)變過(guo)程可(ke)視化：LF-NMR通過(guo)T2弛豫譜(pu)區(qu)分(fen)液(ye)態與(yu)固態水，精準捕(bu)捉(zhuo)凍(dong)結前(qian)沿(yan)的推進(jin)速率(lv)。

微裂(lie)紋(wen)風(feng)險(xian)評(ping)估(gu)：水分(fen)遷(qian)移(yi)常伴隨(sui)應(ying)力集(ji)中，LF-NMR信(xin)號變化可關聯微裂(lie)紋(wen)的(de)產生(sheng)與(yu)擴展(zhan)，預警(jing)材料失(shi)效(xiao)。

低(di)重(zhong)力環(huan)境(jing)模擬：結合離(li)心(xin)裝(zhuang)置，LF-NMR可分(fen)析(xi)低(di)重(zhong)力下(xia)水(shui)分(fen)分(fen)布均勻性，優(you)化材料配(pei)比。

與(yu)傳統(tong)檢測(ce)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)，LF-NMR具(ju)備顯著優(you)勢(shi)：

無損檢(jian)測(ce)：避(bi)免(mian)取(qu)樣破壞(huai)樣(yang)本(ben)，支(zhi)持長期(qi)動態監(jian)測(ce)；

高(gao)靈(ling)敏(min)度：可(ke)識(shi)別微量(liang)水(shui)分(fen)及相(xiang)變過(guo)程；

三(san)維可視化：結合成(cheng)像技術，呈(cheng)現(xian)水分(fen)空間(jian)分(fen)布；

實(shi)時(shi)性：秒級(ji)數據采(cai)集(ji)，跟(gen)蹤快速凍(dong)融(rong)反應。

而(er)傳統(tong)方法(fa)如(ru)熱(re)重(zhong)分(fen)析(xi)或電(dian)子顯微鏡僅(jin)提供終(zhong)點狀(zhuang)態信(xin)息，無法(fa)捕(bu)捉(zhuo)動態過(guo)程；力學(xue)測(ce)試(shi)雖能(neng)評估(gu)性能(neng)衰減，但難以(yi)關聯水分(fen)遷(qian)移(yi)機(ji)制。

從(cong)月壤到模擬月壤，從(cong)地(di)球實驗(yan)室(shi)到月球環(huan)境(jing)，低(di)場核磁(ci)共振技術正(zheng)以(yi)其精準、動態的檢(jian)測(ce)能(neng)力，破解(jie)月壤低(di)溫凍(dong)結與(yu)凍(dong)融(rong)循環(huan)下(xia)的(de)材料退(tui)化謎(mi)題。隨(sui)著(zhe)技術的持續(xu)創新，它(ta)必(bi)將為地(di)外建(jian)造(zao)材料的(de)研(yan)發註入(ru)強(qiang)大動能(neng)，助力人(ren)類(lei)在(zai)星辰(chen)大海中行(xing)穩致(zhi)遠。