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近几十年来，随着空间技术、生物技术、材料制备技术、能源环境技术的发展，人们对零重力或微重力环境下物质平衡及运动规律的研究日益增多，热流体科学领域的科学家们对此领域的探索，形成了一个力学、物理学、材料科学和生物学的新兴交叉学科，即微重力科学 [1] 。微重力科学主要是研究流体介质或与流体介质密切相关的相变等过程在微重力环境中的运动规律。微重力科学主要包括微重力流体物理（自然对流、多相流、复杂流体）、微重力燃烧、空间材料科学、空间生物技术和空间基础物理等领域。远离地球的太空环境，即距离地球为地球半径的1000倍的空间就是一种微重力环境。除此之外，地球表面的自由落体的系统里，或是利用水的浮力消除重力效应的“水池”的实验环境，也可以造成微重力环境。目前，还有两种不完整的地面模拟方法正在发展：一个是磁悬浮；另一个是生物回转器。但是，这两种方法都不能完整地模拟真实的微重力环境。在实验前，必须仔细分析实验的目的和需求，考虑是否可采用磁悬浮和生物回转器来模拟微重力的环境 [2] 。借用微重力环境，人类可以进行地面工程实际过程难以进行的科学实验和工程应用，进行新材料和药物的生产、生命科学和生物技术的探索。
通过在微重力环境进行的研究和分析，人们发现，当地球重力产生的浮力、沉淀、压力梯度等过程基本消失时，那些曾经被重力作用所掩盖的物理现象及物理本质将更为充分地暴露出来，这就为微重力科学各学科领域的发展创造了极好的机遇，孕育了学术的重大突破。其中，受到微重力影响后，流体将会改变其运动规律。当流体成分、边界条件变得复杂时，其在微重力下的运动规律就成为人们研究的目标，如由界面张力梯度驱动的热毛细对流即是一个备受关注的课题。特别是近半个世纪以来，先进的落塔设备、微重力飞机，以及微重力气球和探空火箭的应用，大大促进了这个领域的发展 [3] 。例如，2016年4月15日，在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭成功发射升空的“实践十号”卫星，是我国首颗微重力科学和空间生命科学实验卫星。在这颗专门进行微重力科学和空间生命科学空间实验的返回式科学实验卫星上，一共完成了19个科学实验任务，涉及28项科学实验。又如，2016年9月发射至2019年7月19日返回地球的“天宫二号”，共搭载14项应用载荷，共开展了60余项空间科学实验和技术试验。在“天宫二号”上，我国首次开展了空间微重力条件下的热毛细对流实验，研究了在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题，拓展了流体力学的认知领域，取得了具有国际先进水平的研究成果，使我国突破并掌握了微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术，进一步提升了我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。实验的主要成果还包括，生长出了高质量的材料晶体，验证了新的材料制备工艺，获得了多项材料科学实验新发现。在重要功能晶体等材料方面，空间制备的样品性能得到明显提升或微观组织结构得到改进。
以上例子说明，随着空间实验条件的提升和科技的发展，高质量晶体材料和复合材料的太空制备已成为现实，避免了空间重力的影响，可以克服单晶体生长中的偏析现象、提高材料的均匀性、减小了晶体的生长条纹。然而，在重力的影响被大大削弱的同时，表面张力的作用却又明显地显现出来。表面张力梯度驱动的热毛细对流是影响晶体质量的重要因素。热毛细对流将改变界面前沿的温度梯度和浓度梯度，从而影响着固/液界面的推移和杂质在熔体中的分布，还将导致晶体中化学组分的变化。今天的大规模晶体生长工业是在地面进行，在恒重力环境中，熔体同时被加热，毛细力和浮力驱动熔体作复杂运动。如果熔体运动不稳定，晶体生长的均匀性就会受到破坏 [4] 。
为了抑制自由界面表面张力梯度引起的热毛细对流，防止晶体生长过程中可挥发性成分的挥发、改善结晶过程中的传热条件，20世纪末，在晶体生长领域中，发展出了液封生长晶体技术。液封技术，是在熔体自由表面上覆盖一层与熔体不相混溶的、无化学反应的流体，通过自由表面和液-液界面的相互抑制，在一定的条件下可以减弱熔体主流区的热毛细对流。两层流体界面处的热耦合和力耦合的存在，使得双层流体系统内的热对流过程变得非常复杂 [5] 。20世纪末至21世纪初，国内外学者主要对垂直温度梯度双液层系统的热毛细对流进行了研究 [6-16] ，但对更为复杂的水平温度梯度作用下的双层流体系统热毛细对流特征及稳定性的研究还较为缺乏 [17-23] 。并且，对水平温度梯度作用下的双液层系统，大多数研究主要集中于矩形腔，对环形双液层系统的研究相对较少。本书从液封提拉法生长晶体技术的特点及研究现状、蓝宝石单晶生长技术的现代趋势和应用进展出发，介绍了基于液封提拉法制备蓝宝石晶体、硅单晶的热毛细对流的线性稳定性分析方法，研究了微重力条件下、常重力条件下，5cSt硅油/HT-70、B 2 O 3 /蓝宝石熔体工质对在上部为自由表面的热毛细对流、上部为自由表面的浮力-热毛细对流、上部为固壁的热毛细对流、上部为固壁的浮力-热毛细对流的流动特性、失稳临界条件、流动失稳后的耗散结构，探讨了环形双液层流动失稳机理。本书的结论可在理论上丰富和发展双层流体热对流及其稳定性理论，在实践上可为科研院所和企事业单位从事晶体生长及其制备工作的设计研发人员提供参考。