“天外来客”——带你了解月球上的石墨烯

中国粉体网讯  6月23日，据吉林大学科研团队消息，邹猛教授、张伟教授、李秀娟正高级工程师及中国科学院金属研究所研究员任文才等人，通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤进行严谨的观察与分析，发现了天然形成的少层石墨烯，这一突破性发现为国际首次，研究成果发表在了国际知名学术期刊《National Science Review》上。

嫦娥五号任务是我国月球探测工程的重要组成部分，它不仅实现了我国月球样本的首次采集返回，更为科学家们提供了研究月球的第一手资料。该研究为月球的地质活动和演变历史以及月球的环境特点提供了新的见解，拓宽了人类对月壤复杂矿物组成的认识。

碳是了解行星体形成和演变的基本元素。据估计，星际碳总量中约有1.9% 是以石墨烯的形式存在，石墨烯的形态和性质由特定的形成过程决定，因此，天然石墨烯的组成和结构特征将为星体的地质演化和月球的原位资源利用提供重要的参考和信息。

值得注意的是，月壤样品中存在碳的区域含有铁化合物，与石墨烯形成密切相关。科研团队在对月壤样品进行深入研究时，特别关注了含碳量较高的区域，通过拉曼光谱分析，研究人员确认了这些区域中石墨碳的结晶质量较高。进一步的研究表明，月壤中含碳的区域同时含有铁化合物，这为石墨烯的形成提供了关键条件。为了更全面地理解月壤样品的特性，科研团队采用了多种先进的表征技术，包括扫描电子显微成像(SEM)和透射电子显微成像(TEM)等。这些技术的综合运用，结合严谨的测试结果比对分析，研究团队探究并证实了月壤样品中检测到的石墨碳是少层石墨烯（2～7层）。综合测试结果及数据分析，他们提出了少层石墨烯和石墨碳的形成机制，即石墨碳的形成可能源于太阳风和月球早期的火山喷发共同诱导的矿物催化进程。

太阳风，即太阳释放的带电粒子流，对月球表面物质有着深远的影响。与此同时，月球早期的火山活动释放了大量的气体和岩浆，这些物质在冷却过程中可能与太阳风中的粒子发生了复杂的化学反应。科研团队推测，正是这些相互作用可能催化了石墨碳和少层石墨烯的生成。

揭开石墨烯的面纱

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的材料，拥有极高的电子迁移率、导热性和机械强度等特性，使得石墨烯在电子学、能源、催化等领域展现出巨大的应用潜力。而少层石墨烯则是由几层石墨烯叠加而成的材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。

石墨烯的特性

1. 石墨烯是目前已知最薄却也最坚硬的纳米材料。1毫米厚的的石墨薄片，能剥离出多达300万层石墨烯，铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是一层或者几层石墨烯；而石墨烯的强度是钻石强度的2倍、钢材的200倍，是已知硬度最高的材料。

2. 石墨烯对红外光、可见光、紫外光的透光率均达97.7%，只吸收2.3%的光；其透光性在较宽的波长范围内都很好，被其吸收的光还能迅速转化为其他波长的光。

3. 石墨烯材料不透气、也不透水，对强碱、强酸等腐蚀性溶液有很强的抵御能力；能有效抑制细菌的生长。

4. 石墨烯是已知导电性最好的材料，被称为超强导体，具有世界上最小的电阻率，电子迁移率在常温下超过15000 cm²/（V·s），是铜的一百万倍；石墨烯还是已知的最优良的导热体，单层石墨烯的理论热导率高达5300W/m·k，远超纳米碳管和金刚石。

石墨烯的这些特性使其在多个领域都有广阔的应用前景。在电子领域，石墨烯可以作为超薄、柔性的导体材料，用于制造可弯曲的电子设备；在能源领域，石墨烯可以提高电池的充放电速度、电容量和循环寿命；在材料领域，石墨烯可以增强材料的强度和导热性能，应用于高强度材料和散热材料的制备；在航空航天领域，石墨烯的轻薄和坚固性可以有效提高飞行器的性能以及节省能源；在环保领域，石墨烯可以应用于海水淡化、污水处理等方面，提高水资源的利用率；在生物医药领域，石墨烯可以用于肿瘤治疗、基因传递和生物传感器等方面，其独特的二维结构和生物相容性使其成为一种理想的生物医学材料。

石墨烯不仅是科学界的瑰宝，更是未来科技的基石。随着人类对宇宙的探索不断深入，月球作为离我们最近的行星，其资源价值逐渐被认识和挖掘。这次发现的少层石墨烯，有望在未来为人类提供新的材料来源，推动科技进步和可持续发展。

参考来源：

中国科研人员在月壤样本中发现天然石墨烯.中国新闻网

吉林大学，重大发现!.长春日报

武林至尊：揭开石墨烯的神秘面纱.介质材料

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（中国粉体网编辑整理/苏简）

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