简报|中国团队在月壤中发现石墨烯！

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作者：MATT WILLIAMS

编译：贺柏翔

校对：牧夫天文校对组

后期：库特莉亚芙卡 李子琦

责任编辑：王启儒

2004年，曼彻斯特大学的科学家首次成功分离出石墨烯，这种由单层碳原子构成呈六角形蜂窝状排列的“超级材料“因其卓越性能广泛应用于多个领域。科学界认为，星际介质中约1.9%的碳以石墨烯形式存在，其形态结构由形成过程所决定。

星云中发现的石墨烯的艺术图

Credits: IAC，NASA, NOAO, ESA

有趣的是，月球表面可能富含这种超级材料。近期，来自中国的科研团队首次在月壤中发现了天然形成的石墨烯，这些石墨烯呈现出独特的薄层结构。该发现可能改变我们对月球形成过程的理解，并为石墨烯的制造技术开辟新路径.

这项研究由吉林大学和中国科学院的研究团队牵头完成，相关成果发表在 National Science Review。研究人员对嫦娥五号采集的一枚橄榄形月壤样品（约2.9mm X 1.6mm）进行光谱分析，发现一种与石墨烯形成密切相关的铁化合物。后续的显微观察和映射技术分析明确样品中的碳由2-7层厚的石墨烯片组成。

荷兰物理学家安德烈·盖姆（右）和俄国物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫因共同发现石墨烯共享2010年诺贝尔物理学奖

嫦娥五号是中国的第三次月球无人探测任务，也是首次实现月球样品返回的任务。该任务于2020年11月24日由长征五号运载火箭从海南文昌发射，并于12月17日成功带回约1,731克的月壤样品。这是自1976年苏联月球24号任务以来，全球首次实现月球样品返回，是中国探月工程的重要里程碑。

几十年来，大撞击假说（Giant Impact Hypothesis）是地月系统形成的主流观点——即约44亿年前一个火星大小的天体忒伊亚（Theia）与地球发生巨大碰撞，逐步发展并形成了现在的地月系统。

阿波罗宇航员带回的月球岩石分析支持了这一理论，认为月球碳含量贫乏。然而近期中国团队关于月壤中碳元素的发现，挑战了先前的共识。

大撞击假说的艺术图

Credits: NASA

研究团队推测，这些石墨烯可能是在月球早期火山活动期间形成的，太阳风通过扰动月球风化层及其含铁矿物，催化了石墨烯的生成。此外，陨石撞击也可能创造出类似火山活动的高温高压环境。

正如研究者在论文中所述：“石墨烯以独立片状嵌入或作为包覆矿物颗粒的碳壳存在。我们的研究揭示了月球上本地碳的一种典型结构，并提出了其形成机制。这一发现可能重新定义我们对月球化学成分、地质事件及其历史的理解。”

月球内部构造的艺术图

Credits: NASA

研究团队进一步指出：这项研究可能引领低成本高质量石墨烯新生产方法的发展，并为月球探测提供更多机会：“核壳结构中石墨烯的发现表明了一种自下而上的合成过程，而非通常涉及高温催化的剥离法。因此，我们提出了一种少层石墨烯和石墨碳的形成机制……此外，矿物催化形成的天然石墨烯为开发低成本、大规模生产高质量石墨烯的技术提供了启示，或将推动新的月球探测计划，并带来重大突破。”

最后，谨代表个人祝贺来自祖国的团队，希望他们能在月球探测中留下浓墨重彩的一笔。

——The End——

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

俯瞰英仙座流星

Credit:NASA

牧夫

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