“天外來客”——帶你了解月球上的石墨烯

6月23日，據(jù)吉林大學科研團隊消息，鄒猛教授、張偉教授、李秀娟正高級工程師及中國科學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行嚴謹?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)表在了國際知名學術期刊《National Science Review》上。

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

碳是了解行星體形成和演變的基本元素。據(jù)估計，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)和性質由特定的形成過程決定，因此，天然石墨烯的組成和結構特征將為星體的地質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。科研團隊在對月壤樣品進行深入研究時，特別關注了含碳量較高的區(qū)域，通過拉曼光譜分析，研究人員確認了這些區(qū)域中石墨碳的結晶質量較高。進一步的研究表明，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鍵條件。為了更全面地理解月壤樣品的特性，科研團隊采用了多種先進的表征技術，包括掃描電子顯微成像(SEM)和透射電子顯微成像(TEM)等。這些技術的綜合運用，結合嚴謹?shù)臏y試結果比對分析，研究團隊探究并證實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制，即石墨碳的形成可能源于太陽風和月球早期的火山噴發(fā)共同誘導的礦物催化進程。

太陽風，即太陽釋放的帶電粒子流，對月球表面物質有著深遠的影響。與此同時，月球早期的火山活動釋放了大量的氣體和巖漿，這些物質在冷卻過程中可能與太陽風中的粒子發(fā)生了復雜的化學反應。科研團隊推測，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構的材料，擁有極高的電子遷移率、導熱性和機械強度等特性，使得石墨烯在電子學、能源、催化等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。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硬的納米材料。1毫米厚的的石墨薄片，能剝離出多達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；而石墨烯的強度是鉆石強度的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97.7%，只吸收2.3%的光；其透光性在較寬的波長范圍內都很好，被其吸收的光還能迅速轉化為其他波長的光。

3. 石墨烯材料不透氣、也不透水，對強堿、強酸等腐蝕性溶液有很強的抵御能力；能有效抑制細菌的生長。

4. 石墨烯是已知導電性最好的材料，被稱為超強導體，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)良的導熱體，單層石墨烯的理論熱導率高達5300W/m·k，遠超納米碳管和金剛石。

石墨烯的這些特性使其在多個領域都有廣闊的應用前景。在電子領域，石墨烯可以作為超薄、柔性的導體材料，用于制造可彎曲的電子設備；在能源領域，石墨烯可以提高電池的充放電速度、電容量和循環(huán)壽命；在材料領域，石墨烯可以增強材料的強度和導熱性能，應用于高強度材料和散熱材料的制備；在航空航天領域，石墨烯的輕薄和堅固性可以有效提高飛行器的性能以及節(jié)省能源；在環(huán)保領域，石墨烯可以應用于海水淡化、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，其獨特的二維結構和生物相容性使其成為一種理想的生物醫(yī)學材料。

石墨烯不僅是科學界的瑰寶，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，重大發(fā)現(xiàn)!.長春日報

武林至尊：揭開石墨烯的神秘面紗.介質材料

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