“天外來客”——帶你了解月球上的石墨烯

6月23日，據(jù)吉林大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)消息，鄒猛教授、張偉教授、李秀娟正高級工程師及中國科學(xué)院金屬研究所研究員任文才等人，通過對嫦娥五號鉆采巖屑月壤進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^察與分析，發(fā)現(xiàn)了天然形成的少層石墨烯，這一突破性發(fā)現(xiàn)為國際首次，研究成果發(fā)表在了國際知名學(xué)術(shù)期刊《National Science Review》上。

嫦娥五號任務(wù)是我國月球探測工程的重要組成部分，它不僅實(shí)現(xiàn)了我國月球樣本的首次采集返回，更為科學(xué)家們提供了研究月球的第一手資料。該研究為月球的地質(zhì)活動和演變歷史以及月球的環(huán)境特點(diǎn)提供了新的見解，拓寬了人類對月壤復(fù)雜礦物組成的認(rèn)識。

碳是了解行星體形成和演變的基本元素。據(jù)估計(jì)，星際碳總量中約有1.9% 是以石墨烯的形式存在，石墨烯的形態(tài)和性質(zhì)由特定的形成過程決定，因此，天然石墨烯的組成和結(jié)構(gòu)特征將為星體的地質(zhì)演化和月球的原位資源利用提供重要的參考和信息。

值得注意的是，月壤樣品中存在碳的區(qū)域含有鐵化合物，與石墨烯形成密切相關(guān)。科研團(tuán)隊(duì)在對月壤樣品進(jìn)行深入研究時，特別關(guān)注了含碳量較高的區(qū)域，通過拉曼光譜分析，研究人員確認(rèn)了這些區(qū)域中石墨碳的結(jié)晶質(zhì)量較高。進(jìn)一步的研究表明，月壤中含碳的區(qū)域同時含有鐵化合物，這為石墨烯的形成提供了關(guān)鍵條件。為了更全面地理解月壤樣品的特性，科研團(tuán)隊(duì)采用了多種先進(jìn)的表征技術(shù)，包括掃描電子顯微成像(SEM)和透射電子顯微成像(TEM)等。這些技術(shù)的綜合運(yùn)用，結(jié)合嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試結(jié)果比對分析，研究團(tuán)隊(duì)探究并證實(shí)了月壤樣品中檢測到的石墨碳是少層石墨烯（2～7層）。綜合測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析，他們提出了少層石墨烯和石墨碳的形成機(jī)制，即石墨碳的形成可能源于太陽風(fēng)和月球早期的火山噴發(fā)共同誘導(dǎo)的礦物催化進(jìn)程。

太陽風(fēng)，即太陽釋放的帶電粒子流，對月球表面物質(zhì)有著深遠(yuǎn)的影響。與此同時，月球早期的火山活動釋放了大量的氣體和巖漿，這些物質(zhì)在冷卻過程中可能與太陽風(fēng)中的粒子發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。科研團(tuán)隊(duì)推測，正是這些相互作用可能催化了石墨碳和少層石墨烯的生成。

揭開石墨烯的面紗

石墨烯是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的材料，擁有極高的電子遷移率、導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度等特性，使得石墨烯在電子學(xué)、能源、催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。而少層石墨烯則是由幾層石墨烯疊加而成的材料。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。

石墨烯的特性

1. 石墨烯是目前已知最薄卻也最堅(jiān)硬的納米材料。1毫米厚的的石墨薄片，能剝離出多達(dá)300萬層石墨烯，鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是一層或者幾層石墨烯；而石墨烯的強(qiáng)度是鉆石強(qiáng)度的2倍、鋼材的200倍，是已知硬度最高的材料。

2. 石墨烯對紅外光、可見光、紫外光的透光率均達(dá)97.7%，只吸收2.3%的光；其透光性在較寬的波長范圍內(nèi)都很好，被其吸收的光還能迅速轉(zhuǎn)化為其他波長的光。

3. 石墨烯材料不透氣、也不透水，對強(qiáng)堿、強(qiáng)酸等腐蝕性溶液有很強(qiáng)的抵御能力；能有效抑制細(xì)菌的生長。

4. 石墨烯是已知導(dǎo)電性最好的材料，被稱為超強(qiáng)導(dǎo)體，具有世界上最小的電阻率，電子遷移率在常溫下超過15000 cm²/（V·s），是銅的一百萬倍；石墨烯還是已知的最優(yōu)良的導(dǎo)熱體，單層石墨烯的理論熱導(dǎo)率高達(dá)5300W/m·k，遠(yuǎn)超納米碳管和金剛石。

石墨烯的這些特性使其在多個領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。在電子領(lǐng)域，石墨烯可以作為超薄、柔性的導(dǎo)體材料，用于制造可彎曲的電子設(shè)備；在能源領(lǐng)域，石墨烯可以提高電池的充放電速度、電容量和循環(huán)壽命；在材料領(lǐng)域，石墨烯可以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，應(yīng)用于高強(qiáng)度材料和散熱材料的制備；在航空航天領(lǐng)域，石墨烯的輕薄和堅(jiān)固性可以有效提高飛行器的性能以及節(jié)省能源；在環(huán)保領(lǐng)域，石墨烯可以應(yīng)用于海水淡化、污水處理等方面，提高水資源的利用率；在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，石墨烯可以用于腫瘤治療、基因傳遞和生物傳感器等方面，其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和生物相容性使其成為一種理想的生物醫(yī)學(xué)材料。

石墨烯不僅是科學(xué)界的瑰寶，更是未來科技的基石。隨著人類對宇宙的探索不斷深入，月球作為離我們最近的行星，其資源價值逐漸被認(rèn)識和挖掘。這次發(fā)現(xiàn)的少層石墨烯，有望在未來為人類提供新的材料來源，推動科技進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。

參考來源：

中國科研人員在月壤樣本中發(fā)現(xiàn)天然石墨烯.中國新聞網(wǎng)

吉林大學(xué)，重大發(fā)現(xiàn)!.長春日報

武林至尊：揭開石墨烯的神秘面紗.介質(zhì)材料

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