圖中是2013年連接到國際空間站外部的MISSE-8上的試驗樣品盤。這些樣本盤上盛著環(huán)氧樹脂離子液體的樣品（ionic liquid epoxy samples）。這些液體能夠幫助制造未來航天器的復(fù)合材料低溫儲罐。 (Credits: NASA)

像圖中這種由離子液體基環(huán)氧樹脂(ionic liquid-based epoxy）和商業(yè)碳纖維(commercial carbon fibers)制成的復(fù)合包裝材料壓力罐馬上就要在阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心進行低溫和壓力測試。(Credits: NASA)

材料國際空間站試驗（Materials International Space Station Experiments，MISSE）連接到空間站的外部已經(jīng)十年了。在那里，超過4000種材料暴露在惡劣的太空環(huán)境中，這其中包括一種叫做離子液體的特殊液體和一種新型環(huán)氧樹脂。科學(xué)家們目前正在研究這兩種液體是如何抵御軌道外部環(huán)境的。這種類型的液體都具備較低的熔點，并不像普通化學(xué)物質(zhì)一樣易燃。它們通常蒸氣壓很低，這意味著它們不容易蒸發(fā)，并且更容易保存在真空中。

“因為離子液體的獨特的化學(xué)性質(zhì)，我們可以在它們的幫助下，使用類似烤面包的溫度來在月球或者火星的土壤中提取金屬和氧。”馬歇爾中心的材料學(xué)家Laurel Karr 說，“被提取的金屬可以用作3D打印材料，而氧氣可以維持生命或用作推進力。

Karr 表示，離子液體可以用來溶解火星表面的風(fēng)化層，無論是對人類還是機器人而言，探索者們通常用于探查火星的鉆頭壽命都會因此得以延長。

“我們鉆入行星或者小行星的表面來獲得地質(zhì)研究的樣本，” Karr說。“有了這種液體，我們可以獲取液體狀態(tài)的樣本，直接在鉆取現(xiàn)場進行化學(xué)研究。”

NASA對這些離子液體有興趣不僅因為它們對于探索任務(wù)的很多用途，還因為它們是環(huán)保的化學(xué)品。對比目前在地球上使用的提取貴金屬的方式，使用離子液體從礦物中提煉金屬可以避免對環(huán)境造成不良影響。例如，按常規(guī)方法提取鎳需要在1350攝氏度的環(huán)境下使用硫酸來融化材料。因為酸的毒性，這種方式在封閉的航天器里是不切實際的，而離子液體可以在200攝氏度的隕石中提取鎳。

此外，科學(xué)家們也在探究另一種可能性——利用離子液體從空氣提取二氧化碳，將其分解成用于呼吸的氧氣和用于推進的甲烷，從而在太空中維持生命。許多種離子液體在經(jīng)過過濾后或在電解或氫化后，甚至可以被制成有用的、可回收的材料，在太空中或地球上使用。

離子液體中讓人充滿興趣的一種是環(huán)氧樹脂。Richart Grugel ，馬歇爾中心的一位材料學(xué)家，已經(jīng)和他的同事系統(tǒng)地研究了離子液體制成的環(huán)氧樹脂，發(fā)現(xiàn)它們非常堅固，能夠很好地結(jié)合碳纖維，還可以忍耐低極端的溫液氫液氧溫度。

2013年，在MISSE-8上對兩種不同類型的離子液體的環(huán)氧樹脂進行了試驗。在暴露在太空環(huán)境中暴露兩年以后，環(huán)氧樹脂恢復(fù)了原來的狀態(tài)后被航天器“X空間龍”帶回地球。液體的測試樣本顯示出了經(jīng)過太陽紫外線輻射而產(chǎn)生的陰影，但是并沒有裂縫，沒有脫開粘接，也沒有發(fā)現(xiàn)重量和粘連性的變化。

“這些屬性表明環(huán)氧樹脂可用于制造碳纖維復(fù)合材料低溫液體儲存罐，“Grugel說。“這種存儲罐會比目前用于發(fā)射航天器的鋁制罐輕很多。”

細(xì)微裂痕會導(dǎo)致漏水，這是早期復(fù)合材料低溫存儲罐設(shè)計一直所面臨的挑戰(zhàn)。馬歇爾中心一直在進行關(guān)于復(fù)合包裝壓力罐（小型金屬罐子外面包裹離子液體環(huán)氧樹脂制成的商業(yè)碳纖維）的測試，目的是確認(rèn)這種離子液體到底能否用于構(gòu)建這種儲存罐，使它們更強韌。