圖1 CE-5月壤樣品中天然石墨烯的先進(jìn)電子顯微結(jié)構(gòu)表征和譜學(xué)分析
據(jù)吉林大學(xué)官方消息，一支由該?？蒲腥藛T組成的研究團隊通過對嫦娥五號鉆采巖屑月壤的深入觀察和分析，成功地首次發(fā)現(xiàn)了一種名為“天然形成的少層石墨烯”的新礦物。這一重大發(fā)現(xiàn)不僅為人們更深入地認(rèn)識月球地質(zhì)活動及其演變歷史提供了寶貴的線索，還拓寬了人們對月球月壤復(fù)雜礦物組成的認(rèn)知，并為未來的月球資源利用提供了重要信息。
石墨烯是一種具有高度二維結(jié)構(gòu)的碳素材料，以其出色的導(dǎo)電性和機械性能而聞名。然而，在地球上，自然界的石墨烯數(shù)量非常稀少，且大多以單層形式存在。此次，吉林大學(xué)的科研團隊首次在月球表面發(fā)現(xiàn)天然形成的少層石墨烯。
過往報道指出，通過觀測月球的全球碳離子通量，科研人員認(rèn)為月球上存在原生碳，利用月球樣品的表征研究來揭示原生碳相的晶體結(jié)構(gòu)是可行的。石墨烯以其新奇的物理現(xiàn)象和非凡的特性，在包括行星和空間科學(xué)在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。據(jù)估計，星際碳總量中約1.9%是以石墨烯的形式存在，其形態(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。
圖2 少層石墨烯在月球上可能形成過程
在該項研究中，科研團隊采用電鏡—拉曼聯(lián)用技術(shù)，在月壤樣品含碳量相對較高的位置采集了拉曼光譜，確認(rèn)了月壤樣品中石墨碳的結(jié)晶質(zhì)量相對較高。值得注意的是，月壤樣品中存在碳的區(qū)域含有鐵化合物，這與石墨烯的形成密切相關(guān)。通過掃描電子顯微成像、透射電子顯微成像、冷凍條件下球差電鏡的高角環(huán)形暗場像和高分辨像、能譜和電子能量損失譜、飛行二次質(zhì)譜等多種表征技術(shù)的綜合運用及測試結(jié)果的多方面嚴(yán)謹(jǐn)比對分析，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），并提出少層石墨烯和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。
此外，2023年8月，工信部、國資委發(fā)布前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點發(fā)展指導(dǎo)目錄（第一批），其中石墨烯等15種前沿材料在列。
指導(dǎo)目錄顯示，石墨烯的性能特點為：碳原子以sp2雜化共價鍵連接形成的二維碳材料，具有優(yōu)異的光、熱、力、電性質(zhì)，兼具良好的化學(xué)穩(wěn)定性。包括高導(dǎo)電石墨烯銅基復(fù)合材料、石墨烯電極材料等。
石墨烯的潛在應(yīng)用領(lǐng)域為：軌道交通、航空航天裝備、新能源、新一代信息技術(shù)等。
另據(jù)公開資料顯示，石墨烯目前在鋰電池、鋰硫電池、空氣電池、儲氫、超級電容等方向都可應(yīng)用。其中，在鋰電池領(lǐng)域，石墨烯可以應(yīng)用于電極材料、導(dǎo)電添加劑以及隔膜材料等方面，以優(yōu)化相關(guān)材料性能。
吉林大學(xué)這一新的發(fā)現(xiàn)也有助于我們更好地了解月球的環(huán)境特點。石墨烯的存在可能預(yù)示著月球上存在其他未知的礦物質(zhì)或化合物。對這些未知物質(zhì)的研究將有助于我們理解月球的環(huán)境條件以及它們?nèi)绾斡绊懮钠鹪春桶l(fā)展。
總之，吉林大學(xué)科研人員的這一重大發(fā)現(xiàn)無疑為我們提供了一個全新的視角來看待月球。未來，隨著科技的進(jìn)步，我們有望進(jìn)一步探索月球的奧秘，尋找更多的關(guān)于月球的自然信息，并尋找實現(xiàn)人類在月球上原位資源利用的可能性。
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