面向世界科学前沿，探究火星黏土矿物及现实产业意义：青阳非金属矿研究院研究生实践教育基地研究生多角度关注矿业
本网快讯（2022-08-13）
面向世界科学前沿，探究火星黏土矿物及现实产业意义：
—— 青阳非金属矿研究院研究生实践教育基地研究生
多维视角 关注矿物产业和相关新型技术
—— 青阳非金属矿研究院研究生实践教育基地研究生
多维视角 关注矿物产业和相关新型技术
The DOI assigned to this article is （全文下载链接 https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.2c00091 On-line First Publication Date:August 18, 2022
Cite this: ACS Earth Space Chem. 2022, 6, 9, 2118–2141
Journal: ACS Earth and Space Chemistry
Manuscript No.: sp-2022-00091m (10.1021/acsearthspacechem.2c00091)
Title: Enigmatic Issues and Widening Implications of Research on Martian Clay Minerals
Authors: Jian Qiang Zhong, Saverio Fiore, Xi Xi Chen, Chun Hui Zhou* .
Cite this: ACS Earth Space Chem. 2022, 6, 9, 2118–2141
Journal: ACS Earth and Space Chemistry
Manuscript No.: sp-2022-00091m (10.1021/acsearthspacechem.2c00091)
Title: Enigmatic Issues and Widening Implications of Research on Martian Clay Minerals
Authors: Jian Qiang Zhong, Saverio Fiore, Xi Xi Chen, Chun Hui Zhou* .
近日，青阳非金属矿研究院暨技术创新战略联盟企业研究生实践教育基地的研究生在地球化学类期刊《ACS Earth and Space Chemistry》（ 刊名：美国化学学会 地球和空间化学 )发表了题为《Enigmatic Issues and Widening Implications of Research on Martian Clay Minerals》（论火星黏土矿物研究中的未解之谜和解谜之深远又广泛的意义）的研究分析评论文。
第一作者研究生钟坚强（浙江工业大学化学工程学院）介绍了该工作的动机和目的， “刚开始接触火星黏土矿物研究这个课题的时候，我比较迷茫。经过导师多次指导并给出主题、框架以及解释该工作的初心、意义，告诉我火星黏土矿物虽遥不可及，但本质上也是我们研究组有积累和很关注的黏土矿物化学和化工上的问题，只是时空尺度上的差异。由此我明确了调研分析火星黏土矿物研究的科学需求、目的和意义，进而阅读了大量相关文献，最终完成了这项工作。我希望这项火星黏土矿物的工作，能够对黏土矿物科学研究和开发利用、对国家和世界的火星探索有所作用。” 谈到该工作中的收获和体会，钟坚强补充说： “在这过程中，我认识到对于基础科学研究，包括文献分析、实验、思路和想法、结果和认识、观点，只有认真地梳理、组织并写出来、做出来和发出来才是有意义的，否则就是空想、空谈科学，等于没做。”
图：论文图文摘要TOC及图上引用的屈原《天问》中的诗句 （注：“天问一号”也是我国的第一次自主火星探测器的名称）
主要内容要点：总结了现有探测和确认火星黏土矿物的方法，对其中存在的问题进行了分析，探讨了技术发展方向。火星轨道探测器携带的近红外光谱仪和火星车携带的X-射线衍射分析仪是目前探测、研究火星黏土矿物的主要工具。通过近红外光谱仪探测到的特征吸收峰（波数 cm⁻¹）可以定性得出矿物中含有的金属种类，从而进一步确定火星黏土矿物的类别。通过X-射线衍射仪可以对火星车采集到的泥岩样品进行原位分析，根据特征衍射峰（2θ °）确定黏土矿物类别和相对含量。其他的探测工具，例如穆斯堡尔谱、热红外光谱等也可以提供部分火星黏土矿物的信息。
对于火星黏土矿物的形成机制，火星黏土矿物的形成机制的研究尚众说纷纭，其黏土矿物的形成机制的证据十分欠缺；目前提出的可能的机制包括地表风化、地下水热蚀变、岩浆沉积和成岩作用，但存在争论。
火星黏土矿物研究对火星古气候和火星水资源具有重要指示意义。一方面，黏土矿物对环境变化非常敏感，比如，在高温高湿环境中有更多的高岭石存在。因此黏土矿物可以被用于解释地层的古气候变化特征。另一方面，黏土矿物是一类含水硅酸盐矿物，它需要含水的环境下形成。火星黏土矿物研究有利于未来开发火星上的水资源；
探究火星黏土矿物研究还对寻找火星生命痕迹具有重大意义，能促进对生命起源科学的研究和认识。火星是一颗类地行星，如果火星上曾经或正在发生“生命早期演化”，那么演化的特征极有可能在火星黏土矿物中被发现，这对理解生命起源、演化等具有重要参考意义。
针对上述工作， 该工作发起人和通讯作者引用了屈原《天问》中的诗句，思考采用英语十四行诗的风格给出了“英译”*和设计在TOC（图文摘要）中，并以此鼓励同学们热爱黏土矿物科学和技术，具有家国情怀，具有国际合作视界，尽力而为贡献属于全人类的自然科学认识，砥砺前行开发属于家国的先进技术。
附： 天问原文前面开头 4 诗句
附：
天问一号（代号：Tianwen 1 ），是由中国航天科技集团公司下属中国空间技术研究院总研制的探测器，负责执行中国第一次自主火星探测任务 。天问一号于2020年7月23日在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空 ，成功进入预定轨道 。天问一号于2021年2月到达火星附近，实施火星捕获。2021年5月择机实施降轨，着陆巡视器与环绕器分离，软着陆火星表面，火星车驶离着陆平台，开展巡视探测等工作 ，对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测，实现中国在深空探测领域的技术跨越 。深空探测将推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展，为服务国家发展大局和增进人类福祉作出更大贡献 。
2021年6月11日，中国国家航天局举行了天问一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式 ，公布了由“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图。首批科学影像图的发布，标志着中国首次火星探测任务取得圆满成功 。6月27日，国家航天局发布中国天问一号火星探测任务着陆和巡视探测系列实拍影像。其中，祝融号火星车火星表面移动过程视频是人类首次获取火星车在火星表面的移动过程影像。 2021年11月8日，“天问一号”环绕器成功实施第五次近火制动，准确进入遥感使命轨道，开展火星全球遥感探测。
相关资讯链接：
矿物与星际探索科普讲座走进青阳中学
我院周春晖当选国际粘土矿物学会（AIPEA）副主席
相关实验研究论文：
Insights into the Rheological Behavior of Aqueous Dispersions of Synthetic Saponite:
Improved lead removal from aqueous solution using novel porous bentonite - and calcite-biochar composites
Co-intercalation of organic cations/amide molecules into montmorillonite with tunable hydrophobicity
Clean production of CTAB-montmorillonite: formation mechanism and swelling behavior in xylene
相关知识：
天问
屈原 〔先秦〕
曰：
遂古之初，谁传道之？
上下未形，何由考之？
冥昭瞢暗，谁能极之？
冯翼惟象，何以识之？
译文：
请问远古开始之时，
谁将此态流传导引？
天地尚未成形之前，
又从哪里得以产生？
明暗不分浑沌一片，
谁能探究根本原因？
迷迷蒙蒙这种现象，
怎么识别将它认清？
附：
天问一号（代号：Tianwen 1 ），是由中国航天科技集团公司下属中国空间技术研究院总研制的探测器，负责执行中国第一次自主火星探测任务 。天问一号于2020年7月23日在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空 ，成功进入预定轨道 。天问一号于2021年2月到达火星附近，实施火星捕获。2021年5月择机实施降轨，着陆巡视器与环绕器分离，软着陆火星表面，火星车驶离着陆平台，开展巡视探测等工作 ，对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等科学探测，实现中国在深空探测领域的技术跨越 。深空探测将推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展，为服务国家发展大局和增进人类福祉作出更大贡献 。
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相关知识：
天问一号探测器携带设备及功能中涉及的应用材料
超轻质的蜂窝增强低密度烧蚀防热材料：应用于火星探测器上气动加热最严重的大底结构及大底拐角部位。
作用：在探测器着陆的阶段，该材料表面与火星大气摩擦并发生复杂的物理化学反应，带走大量的热量；同时该材料还具有良好的保温隔热性能，将热浪排除在探测器之外，有效保护探测器不被烧坏。
连续纤维增强中密度防热材料：应用在需要维持探测器整体形状的上下边缘和结构的支撑部位以及背罩防热结构的舱盖、封边环、埋件、螺塞等零部件。
作用：该材料相比低密度材料强度更高，密度为0.9g/cm3，兼顾了耐烧蚀和承载能力。
超轻质的烧蚀防热涂层材料：应用在气动加热较为缓和的背景部位。
作用：涂层密度为0.28g/cm3，热导率为0.06W/（m k），隔热性能优良，对着陆器的减重也起到重要作用。
特种吸能合金：应用于着陆机构。
作用：该合金具有突出的强韧性、轻质性和吸能性，可吸收探测器着陆的冲击能。
高性能碳化硅基增强铝基复合材料：应用于探测器高精密仪器。
作用：重量轻、强度高、刚性好、宽温度范围下尺寸稳定，满足“天问一号”长时间运行时对关键机构的材料需求。
铝硅封装外壳：应用于探测器着陆系统的TR组件等核心元器件封装解决方案。
作用：保障探测器着陆系统电路的安全，为器件内部电路穿上安全可靠的保护衣，保障探测器在火星的安全平稳着陆。
新型铝基碳化硅复合材料：用于火星车结构、机构、仪器等几十种零部件。
作用：火星车要在工况复杂的火星表面长距离行走，这对火星车材料的轻量化、高强韧性、高尺寸稳定性、耐冲击性提出了极高的要求，传统铝、钛合金难以兼顾综合要求，新型铝基碳化硅复合材料可胜任。
新型镁铝合金：用于探测器结构。
作用：世界上最轻的金属结构材料之一，可实现探测器轻量化。
高精尖铝材（蒙皮板、自由锻件、超大规格板、锻环、铝锂合金）：应用于探测器。
作用：保障天问一号火星探测器长期的太空行驶及完成着陆。
有机热控涂层：航天器外表面及仪器表面。
作用：探测器在进入轨道后，处于地球大气层以外的超高真空空间环境，朝向太阳的部分表面温度非常高，而背向太阳的部分表面温度非常低，导致航天器“冰火两重天”。该材料可以保证探测器能够在极端复杂的温度下保持正常工作，通过调控温度达到热控需求。
纳米气凝胶：用于火星车。
作用：很轻、隔热性能好，在探测器“落”与“巡”两项任务中发挥作用。
聚合物智能复合材料：用于可展开柔性太阳能电池系统。
作用：实现柔性太阳能电池的锁紧、释放和展开，以及展开后高刚度可承载等功能