得益于人类的聪明才智和零重力，我们从太空科学中获得了重要的好处。考虑带有内置导航系统和摄像头的智能手机。

这种变革性技术似乎一夜之间就融入了我们日常生活的节奏。但它们是经过多年发现和开发能够承受大气层外恶劣环境的材料而诞生的。它们是在基础科学领域数十年的基础上发展起来的，旨在了解原子在不同条件下在不同材料中的行为。

在此基础上，一个全球研究团队为未来在太空而不是为太空制造材料的实验设定了新的基准。该团队包括来自能源部橡树岭和阿贡国家实验室、材料开发公司、美国宇航局、日本宇宙航空研究开发机构或日本宇宙航空研究开发机构、ISIS中子和介子源、阿尔弗雷德大学和新墨西哥大学的成员。他们共同发现，许多种类的玻璃，包括可用于下一代光学设备的玻璃，都具有相似的原子结构和排列，并且可以在太空中成功制造。

JörgNeuefeind于2004年加入橡树岭国家实验室，在该实验室的散裂中子源建造了一台名为NOMAD的仪器，他说：“我们的想法是摸索太空制造背后的机制，这可能会产生地球上不一定可用的材料。”(社交网络)。NOMAD是世界上最快的中子衍射仪，可帮助科学家通过观察中子如何从原子中反弹来测量原子的排列。NOMAD是SNS的20种仪器之一，这些仪器帮助科学家回答重大问题并激发无数创新，例如更有效治疗疾病的药物、更可靠的飞机和火箭发动机、更省油的汽车以及更安全、充电更快和使用寿命更长的电池。

JAXA地球上的操作员使用悬浮器通过远程控制在国际空间站(ISS)上制造和熔化玻璃。悬浮器用于在实验期间悬浮材料样品，以避免与其他材料接触而产生干扰。

几个月后，下一次国际空间站任务结束，太空玻璃被带到地球后，研究人员使用了中子、X射线和强大显微镜等技术组合来测量和比较天体和陆地制造和熔化的玻璃。

“我们发现，利用悬浮器等无容器技术，我们可以在微重力下制造非常规玻璃，”JAXA的TakehikoIshikawa说道，他是国际空间站上用于制造玻璃珠的静电悬浮器的先驱。

研究人员依靠SNS的NOMAD用中子研究玻璃样品，并依靠阿贡先进光子源的束线用X射线研究样品。SNS和APS都是DOE科学办公室的用户设施。

“你能飞到太空并带回的材料是有限的，而这实际上是NOMAD非常适合这项实验的原因之一，”材料开发公司的StephenWilke说道，他也是阿贡大学的客座科学家。“我们带回的只是直径约为八分之一英寸的单个玻璃珠，从原子结构上来说，测量起来非常困难。由于NOMAD擅长测量极小的样本，因此我们可以轻松地将我们在实验室中制造的单个珠子与在空间站上制造的珠子进行比较。”

玻璃的奥秘

事实证明，玻璃并不是那么清晰。与盐等结晶固体不同，玻璃原子不具有均匀的结构。它不寻常的原子排列虽然非常稳定，但也许最好的描述是共享坐标原子的分子的随机网络。玻璃既不是完全固态，也不是完全液态，它也有不同的形式，包括聚合物、氧化物和金属，例如用于眼镜镜片、光纤线和用于深空任务的硬件。

2022年，Neuefeind、Wilke和玻璃行业主题专家RickWeber对钕和钛的两种氧化物进行了实验，发现了光学应用的潜力。这两个要素的结合展现了类似研究活动中未见的不同寻常的优势。这些发现促使他们继续在美国宇航局进行当前的研究。

“[2022年的实验]教会了我们一些非常了不起的东西，”MaterialsDevelopmentInc.的韦伯说。“其中一种玻璃的网络与二氧化硅典型的四坐标网络完全不同。这些玻璃具有六坐标网络。它们真的很棒。从玻璃科学的角度来看，这令人兴奋。但从实际角度来看，这也意味着有更多机会利用光学材料和新型设备来做新的事情。”

科学家经常同时使用中子和X射线来收集其他技术无法产生的数据，从而让我们了解样本中不同元素的原子排列。中子帮助团队看到太空玻璃中较轻的元素，如氧，而X射线则帮助他们看到较重的元素，如钕和钛。如果太空玻璃和陆地玻璃之间存在显著差异，那么这些差异很可能出现在氧化物亚晶格中，或氧原子的排列中，或重原子的分布中，或两者兼而有之。

随着科学家探索新领域(尽管是太空)，中子将成为解开物质奥秘的更加重要的工具。

“我们不仅必须了解空间对物质的影响，还必须了解它对事物形成方式的影响，”纽芬德说。“由于其独特的性质，中子是解决此类难题的一部分。”

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