海洋,这片占据了地球表面71%的蓝色疆域,其深处仍然存在人类认知的盲区。对材料科研工作者来说,深海不只是地理边界的尽头,更是检验新型材料性能的终极试炼场。近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所(以下简称“宁波材料所”)传来的一则消息,为这场深海竞速写下了新的注脚。

 

6月中旬,宁波材料所海洋关键材料全国重点实验室宣布,其大型全海深材料服役模拟评价装置顺利通过连续15天、120兆帕高压保压测试验收。这一节点标志着该装置具备长周期、全海深模拟试验能力,我国深海极端环境材料研究迈入新阶段。

 

极限突破:在1.2万米海底“驻扎”半月

 

压强单位兆帕背后,是深海探索的物理门槛。1兆帕约等于水下100米的压力,120兆帕则对应水下1.2万米的压力环境,这一深度已超过全球海洋最深处的马里亚纳海沟。测试验证过程相当于把试验样品放入1.2万米深的海底,连续放置整整15天,全程保持深海超强水压,以此检验材料和设备能否应对极端深海环境。

 

该装置整体占地面积150平方米,最高试验压力132兆帕,压力舱内径1米、深度2米。压力调节速度可在每分钟0兆帕至10兆帕区间灵活调控,可实现大尺寸材料及构件的全海深环境模拟测试需求。海洋关键材料全国重点实验室研究员毛飞雄在公开采访中表示,这一测试验证了装置在长周期高压下的稳定性,为后续材料筛选提供了硬核支撑。

 

系统之眼:不止于高压的“组合拳”

 

深海环境的残酷在于其“组团作战”——高压、低温/高温、强腐蚀、微生物附着、磨蚀等多重因素交织。单一的静水压模拟,远不足以还原复杂的深海工况。至此,宁波材料所已搭建起一套完整的深海材料试验平台,涵盖六大试验系统。除大型全海深材料服役模拟评价装置外,还包括深海高压磨蚀试验装置、深海高温高压应力与冲刷腐蚀装置、深海高压力学与原位拉曼测试装置、深海多通道高压电化学测试装置及深海微生物腐蚀模拟装置。

 

该系列平台具备“深海—磨蚀—应力—冲刷—电化学—微生物”等单因素及多因素耦合损伤的综合试验与原位表征能力,这种体系化设计,使得科研人员得以在实验室中复现真实海底的“极限环境”,极大地缩短了新材料从研发到应用的验证周期。

 

数据深潜:来自万米之下的200万条“密码”

 

室内模拟是基础,实海验证则是试金石。宁波材料所成功开发出深海原位材料腐蚀试验站,该试验站最大设计工作水深11000米、工作周期1年,具备深海材料损伤原位动态监测能力。目前,该试验站已完成了南海、西太平洋、北冰洋等跨海域的深海试验十余次。

 

通过跨海域试验,团队获取了深海防护材料、金属材料、复合材料、功能材料四大类20余种工程材料的实海环境与性能数据200万条。相关实海试验工作不断填补我国在南海、菲律宾海、马里亚纳海沟、加克洋中脊等海域深海关键材料服役数据空白,这些来自万米深海的试验材料提供了材料在长周期真实环境下全球稀缺的效应数据。

 

基于以上全海深、多因素、体系化的室内模拟试验和实海验证平台,海洋关键材料全国重点实验室开发出一系列海洋多因素耦合损伤防护新材料。下一步,实验室将继续依托共建的国家海洋综合试验场(象山片区),搭建船舶通海管路高压—冲刷—微生物实海试验系统,加快推进深海原位动态可视化表征试验平台开发,进一步突破深海关键材料研发瓶颈。当材料能够从容应对万米之下的极端挑战,中国海洋产业迈向深蓝的步伐,也将更加稳健有力。