“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(shí)起，它就成為一個(gè)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(guò)程決定。

碰巧的是，表面可能有很多這種超材料月亮.在一個(gè)近期研究，中國(guó)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(duì)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(chǔ)、建筑和超材料。

它們也可能被證明對(duì)未來(lái)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(duì)由張偉教授和邵萌教授領(lǐng)銜。仿生工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吉林省國(guó)際合作項(xiàng)目高效清潔能源材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在吉林大學(xué)、吉林大學(xué)高級(jí)工程師李秀娟和文才任文才中科院金屬研究所（CAS-ISM）。

來(lái)自多個(gè)領(lǐng)域的同事也加入了他們的行列重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在吉林大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院ISM，深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室，以及月球探測(cè)與空間工程中心。描述他們發(fā)現(xiàn)的論文發(fā)表在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》.

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

這一理論得到了對(duì)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(duì)月球上全球碳離子通量的觀察的共識(shí)，這表明存在本地碳。

這些觀察結(jié)果與對(duì)阿波羅17號(hào)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(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)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(guó)第三次到達(dá)月球表面的機(jī)器人任務(wù)，也是中國(guó)首次從月球返回樣本。從他們獲得的光譜中，他們?cè)跇悠返母惶疾糠职l(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(dòng)時(shí)期形成的，當(dāng)時(shí)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(yáng)風(fēng)催化的，太陽(yáng)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(huì)產(chǎn)生類似于火山活動(dòng)的高溫和高壓環(huán)境。正如他們?cè)谡撐闹兴f(shuō)：

“石墨烯以單個(gè)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(huì)重塑對(duì)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(duì)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?cè)谘芯恐兄赋龅哪菢?，這項(xiàng)研究可能會(huì)導(dǎo)致廉價(jià)生產(chǎn)這種材料的新方法，并為月球探測(cè)提供更多機(jī)會(huì)：

“在核殼結(jié)構(gòu)中鑒定石墨烯表明這是一個(gè)自下而上的合成過(guò)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(guò)來(lái)，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(xiàng)新的月球探測(cè)計(jì)劃可能會(huì)得到推動(dòng)，并且有望取得一些突破。

這些發(fā)現(xiàn)也可能對(duì)未來(lái)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(guó)宇航局的阿爾忒彌斯計(jì)劃，旨在創(chuàng)建一個(gè)“持續(xù)的月球探測(cè)和開發(fā)計(jì)劃”。

還有歐空局的月亮村倡議以及中國(guó)和俄羅斯的行動(dòng)計(jì)劃國(guó)際月球研究站（ILRS）。除了探索和科學(xué)研究外，這些計(jì)劃還可以對(duì)石墨烯的特性和用途進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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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