在中国登月任务的月球土壤样本中发现了神奇材料石墨烯

诸平

Fig. 1 A recent study found thin layers of graphene in soil from the moon, suggesting that volcanic activity and solar winds might help create this material. This discovery could lead to more cost-effective ways to produce graphene on Earth, impacting technology and materials development significantly. (Artist’s concept.) Credit: SciTechDaily.com

Fig. 2 (a) Laser scanning confocal microscopy image and height distribution. (b) Backscattered electron SEM image and (c) Raman spectra corresponding to different areas. (d) TEM image, Cs-corrected HAADF-STEM image, and the corresponding EELS Fe L-edge spectra for different areas. (e) Cs-corrected HRTEM images. (f) HAADF-STEM image. (g) EDS elemental maps showing spatial distributions of the elements. (h) HRTEM images of the corresponding regions marked in (f). Credit: ©Science China Press

据《科技日报》（scitechdaily）网站2024年8月9日刊发的来自《中国科学》杂志社（Science China Press）提供的消息，在中国登月任务的月球土壤样本中发现了神奇材料石墨烯（Wonder Material Graphene Discovered in Lunar Soil Sample From Chinese Moon Mission）。

科学家在中国嫦娥五号（China’s Chang’e 5）带回的月球土壤中发现了一种独特的石墨烯（graphene）。

这种石墨烯由几层薄层组成，可能是在数十亿年前火山活动和月球上太阳风的影响下形成的。这一发现令人兴奋，因为它向我们展示了一种新的、可能更便宜的在地球上制造石墨烯的方法，这可能会彻底改变电子和材料科学的技术。相关研究结果于2024年6月17日已经在《国家科学评论》（National Science Review）杂志网站在线发表——Wei Zhang, Qing Liang, Xiujuan Li, Lai-Peng Ma, Xinyang Li, Zhenzhen Zhao, Rui Zhang, Hongtao Cao, Zizhun Wang, Wenwen Li, Yanni Wang, Meiqi Liu, Nailin Yue, Hongyan Liu, Zhenyu Hu, Li Liu, Qiang Zhou, Fangfei Li, Weitao Zheng, Wencai Ren, Meng Zou. Discovery of natural few-layer graphene on the Moon. National Science Review, 2024, 11: nwae211. DOI: 10.1093/nsr/nwae211. Published: 17 June 2024. 此项研究揭示了自然形成的少层石墨烯的存在，这是一种由碳原子组成的特殊薄层结构的物质。

参与此项研究的有来自中国吉林大学（Jilin University, China）、中国科学院金属研究所（Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, China）、中国深空探测实验室（Deep Space Exploration Lab, China）以及中国月球探测与空间工程中心（Lunar Exploration and Space Engineering Center, China）的研究人员。该团队由吉林大学邹猛（Meng Zou）教授、张伟（Wei Zhang）教授、正高级工程师李秀娟（Xiujuan Li）和中国科学院金属研究所的任文才（Wencai Ren）领导，他们分析了2020年从嫦娥五号任务中取回的橄榄状月球土壤样本，该样本约为2.9 mm ×1.6 mm。

月球土壤中石墨烯的形成(Graphene Formation in Lunar Soil)

据该团队称，科学家们普遍认为，星际碳中约有1.9%以石墨烯的形式存在，其形状和结构取决于其形成过程。

研究人员使用一种特殊的光谱仪，在样品的富碳部分发现了一种与石墨烯形成密切相关的铁化合物。然后，他们使用先进的显微镜和绘图技术来确认样品中的碳含量由两到七层石墨烯片组成。

石墨烯发现的意义（Implications of Graphene Discovery）

研究小组提出，这几层石墨烯可能是在月球形成初期的火山活动中形成的，并受到太阳风的催化作用。太阳风可以搅动月球土壤和含铁矿物，从而帮助改变碳原子的结构。他们补充说，陨石的撞击过程会产生高温高压环境，也可能导致石墨烯的形成。

在地球上，石墨烯由于其在光学、电学和力学方面的特殊特性，正在成为材料科学领域的明星。该团队认为，他们的研究可以帮助开发出廉价生产这种材料的方法，并扩大其用途。

石墨烯应用的未来展望（Future Prospects of Graphene Utilization）

该论文称，“天然石墨烯的矿物催化形成为开发低成本、可扩展的高质量石墨烯合成技术提供了线索。因此，一个新的探月计划可能会被推进，一些即将到来的突破是可以预期的。”

本研究得到了中国国家自然科学基金{National Natural Science Foundation of China (52075217 and 51872115)}的支持。

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