“神奇材料”石墨烯在月球上被發(fā)現(xiàn)

2004年，曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家們首次分離并進(jìn)行了調(diào)查石墨烯，由排列在六邊形蜂窩晶格中的單層碳原子組成的超材料。

從那時起，它就成為一個奇跡，其特性使其在眾多應(yīng)用中非常有用。在科學(xué)家中，人們普遍認(rèn)為，星際介質(zhì)（ISM）中約有1.9%的碳以石墨烯的形式存在，其形狀和結(jié)構(gòu)由其形成過程決定。

碰巧的是，表面可能有很多這種超材料月亮.在一個近期研究，中國科學(xué)院（CAS）的研究人員揭示了月球上自然形成的石墨烯，這些石墨烯排列成一種特殊的薄層結(jié)構(gòu)。

這些發(fā)現(xiàn)可能對我們理解月球是如何形成的產(chǎn)生重大影響，并導(dǎo)致制造石墨烯的新方法，其應(yīng)用范圍包括電子、電力存儲、建筑和超材料。

它們也可能被證明對未來的任務(wù)很有用，這些任務(wù)將在月球表面建立永久性的基礎(chǔ)設(shè)施。

該團(tuán)隊由張偉教授和邵萌教授領(lǐng)銜。仿生工程重點實驗室吉林省國際合作項目高效清潔能源材料重點實驗室在吉林大學(xué)、吉林大學(xué)高級工程師李秀娟和文才任文才中科院金屬研究所（CAS-ISM）。

來自多個領(lǐng)域的同事也加入了他們的行列重點實驗室在吉林大學(xué)，中國科學(xué)院ISM，深空探測實驗室，以及月球探測與空間工程中心。描述他們發(fā)現(xiàn)的論文發(fā)表在《國家科學(xué)評論》.

幾十年來，科學(xué)家們一直推測，地月系統(tǒng)是由一次大規(guī)模碰撞形成的——巨人撞擊假說– 大約44億年前，一個火星大小的天體（忒伊亞）和地球之間。

這一理論得到了對阿波羅宇航員返回的月球巖石的分析的支持，這導(dǎo)致了碳消耗的概念。然而，最近的研究結(jié)果挑戰(zhàn)了這一基于對月球上全球碳離子通量的觀察的共識，這表明存在本地碳。

這些觀察結(jié)果與對阿波羅17號樣品之一的分析一致，該樣品顯示存在石墨。在他們的研究中，該團(tuán)隊對嫦娥五號任務(wù)于2020年回收的橄欖形月球土壤樣本（尺寸約為2.9毫米乘1.6毫米）進(jìn)行了光譜分析。

這是中國第三次到達(dá)月球表面的機(jī)器人任務(wù)，也是中國首次從月球返回樣本。從他們獲得的光譜中，他們在樣品的富碳部分發(fā)現(xiàn)了一種鐵化合物，這與石墨烯的形成密切相關(guān)。

在使用先進(jìn)的顯微和映射技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析后，他們確認(rèn)樣品中的碳是兩到七層厚的石墨烯片。

就它是如何到達(dá)那里而言，研究小組提出，石墨烯可能是在月球歷史早期的火山活動時期形成的，當(dāng)時它仍然在地質(zhì)上活躍。

他們進(jìn)一步假設(shè)，石墨烯是由太陽風(fēng)催化的，太陽風(fēng)掀起了月球風(fēng)化層及其含鐵礦物，這可能有助于改變碳的原子結(jié)構(gòu)。

它們還允許隕石撞擊的可能性，眾所周知，隕石撞擊會產(chǎn)生類似于火山活動的高溫和高壓環(huán)境。正如他們在論文中所說：

“石墨烯以單個薄片的形式嵌入，或作為包圍礦物顆粒的碳?xì)さ囊徊糠中纬?。我們的研究結(jié)果揭示了月球中一種典型的本土碳結(jié)構(gòu)，并提出了其形成機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)可能會重塑對化學(xué)成分、地理事件和月球歷史的理解。

這些發(fā)現(xiàn)也可能對地球上的研究產(chǎn)生巨大影響，在那里，石墨烯正在被研究用于從電子和機(jī)械到材料科學(xué)的各種應(yīng)用。

正如他們在研究中指出的那樣，這項研究可能會導(dǎo)致廉價生產(chǎn)這種材料的新方法，并為月球探測提供更多機(jī)會：

“在核殼結(jié)構(gòu)中鑒定石墨烯表明這是一個自下而上的合成過程，而不是通常涉及高溫催化反應(yīng)的剝離。因此，本文提出了一種少層石墨烯和石墨碳的形成機(jī)理...

“反過來，天然石墨烯的礦物催化形成為高質(zhì)量石墨烯的低成本可擴(kuò)展合成技術(shù)的發(fā)展提供了啟示。因此，一項新的月球探測計劃可能會得到推動，并且有望取得一些突破。

這些發(fā)現(xiàn)也可能對未來的任務(wù)有用，這些任務(wù)將導(dǎo)致月球表面永久性基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。這包括美國宇航局的阿爾忒彌斯計劃，旨在創(chuàng)建一個“持續(xù)的月球探測和開發(fā)計劃”。

還有歐空局的月亮村倡議以及中國和俄羅斯的行動計劃國際月球研究站（ILRS）。除了探索和科學(xué)研究外，這些計劃還可以對石墨烯的特性和用途進(jìn)行實驗，其中可能包括制造月球棲息地！

本文最初由今日宇宙.閱讀原文.

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