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隨著全球探月熱潮的再度興起，建立有人駐留的月球科研站已成為核心目標(biāo)。而實(shí)現(xiàn)這一宏偉藍(lán)圖的關(guān)鍵，在于“就地取材"——利用月球表面的月壤進(jìn)行建設(shè)。然而，真實(shí)的月壤樣品極其珍貴，地球上的科學(xué)家們?nèi)绾芜M(jìn)行研究？答案就是使用模擬月壤。在月面建筑材料的研發(fā)中，如月壤燒結(jié)磚、月壤-水泥基復(fù)合材料和月壤-聚合物材料，水扮演著至關(guān)重要的角色。而精準(zhǔn)測定這些材料中，尤其是在低溫環(huán)境下仍保持液態(tài)的月壤未凍水含水率，成為了技術(shù)突破的瓶頸。此時，低場核磁共振技術(shù) 以其獨(dú)特優(yōu)勢，為解決這一難題提供了完-美的解決方案。
未凍水含水率：決定材料性能的“關(guān)鍵鑰匙"
在月球極-端環(huán)境中，晝夜溫差極大，夜間溫度可低至-180℃。即使在這樣的低溫下，材料內(nèi)部仍可能存在一部分不結(jié)冰的液態(tài)水，即未凍水。月壤未凍水含水率 是影響材料性能的核心參數(shù)之一。
在月壤-水泥基復(fù)合材料中，未凍水是保證水泥水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵，直接影響材料的最終強(qiáng)度。
在月壤-聚合物材料中，未凍水的含量會影響聚合物的固化過程和界面結(jié)合力。
即便是月壤燒結(jié)磚，制備過程中若有水分參與，其分布與狀態(tài)也影響燒結(jié)孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。
因此，精確、快速地測定月壤/模擬月壤及其復(fù)合材料中的未凍水含水率，對于優(yōu)化配方、預(yù)測材料在月球環(huán)境下的長期性能具有決定性意義。
低場核磁共振技術(shù)：洞察微觀水世界的“火眼金睛"
低場核磁共振技術(shù) 是測量含水率的尖-端技術(shù)，其原理基于對氫原子核（主要是水中的氫核）在外加磁場中行為的探測。
當(dāng)樣品置于一個穩(wěn)定的低強(qiáng)度磁場中，水分子中的氫核會像一個個小磁針一樣沿磁場方向排列。施加一個特定的射頻脈沖后，這些氫核會發(fā)生“共振"，吸收能量偏離原方向。脈沖結(jié)束后，氫核會釋放能量并恢復(fù)到初始狀態(tài)，這個過程稱為“弛豫"。檢測器會接收到這個弛豫信號。信號強(qiáng)度與氫核數(shù)量（即水含量）成正比，而弛豫時間的快慢則反映了水分子所處的化學(xué)物理環(huán)境（如結(jié)合水、自由水、孔隙中的水等）。
在月壤未凍水測定中的應(yīng)用： 科學(xué)家可以將模擬月壤或其復(fù)合材料樣品置于低溫環(huán)境中，然后利用低場核磁共振技術(shù)進(jìn)行掃描。即使水在宏觀上已經(jīng)凍結(jié)，但那些被束縛在材料微小孔隙或與材料顆粒表面緊密結(jié)合的未凍水，其氫核的弛豫時間與自由水或冰有明顯的差異。通過分析弛豫時間譜，就可以精準(zhǔn)地識別并定量計算出月壤未凍水含水率，實(shí)現(xiàn)非破壞性的“透視"測量。
低場核磁共振技術(shù)與傳統(tǒng)方法的對比優(yōu)勢：
與傳統(tǒng)測量方法（如烘干稱重法、卡爾費(fèi)休法等）相比，低場核磁共振技術(shù)在月壤研究中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢：
無損快速：無需破碎、加熱或化學(xué)處理樣品，保持樣品完整性，可對同一個樣品進(jìn)行連續(xù)、動態(tài)的監(jiān)測，大大節(jié)省了時間和珍貴的模擬月壤樣品。
精準(zhǔn)區(qū)分：能夠精確區(qū)分自由水、結(jié)合水和未凍水，而傳統(tǒng)方法只能測出總含水率，無法識別水的狀態(tài)。
原位與可視化：該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)原位測量，甚至能夠構(gòu)建水分在材料內(nèi)部空間分布的圖像，為研究水分遷移規(guī)律提供直觀數(shù)據(jù)。
適應(yīng)極-端環(huán)境：儀器可以配套高低溫附件，完-美模擬月球低溫環(huán)境，直接測量低溫下的未凍水變化，這是傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的。
在邁向月球、建設(shè)人類地外家園的偉大征程中，模擬月壤 是地面研究的基石，而月壤未凍水含水率 是解鎖高性能月面建筑材料的關(guān)鍵參數(shù)。低場核磁共振技術(shù) 憑借其無損、精準(zhǔn)、高效的特點(diǎn)，正成為這一前沿領(lǐng)域不可-或缺的分析利器。它為優(yōu)化月壤燒結(jié)磚、月壤-水泥基復(fù)合材料等材料的制備工藝提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，
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