دانشمندان چینی گرافین طبیعی را در نمونه‌های ماه کشف کردند
پژوهشگران مؤسسه تحقیقات فلز در آکادمی علوم چین ماده‌ای جدید را در نمونه‌های ماه شناسایی کرده‌اند گرافین طبیعی. این ماده که به صورت صفحاتی دو‌بعدی با ضخامت یک لایه کربن وجود دارد، سال‌ها در مرکز توجه قرار داشته است زیرا کاربرد‌های گسترده‌ای در صنایع الک‌ترونیکی و مکانیکی دارد.
در ماه دسامبر سال ۲۰۲۰، فضاپیمای چینی چانگ‌ای ۵ با موفقیت بر روی ماه فرود آمد و از رگولیت سطح ماه نمونه‌برداری کرد. رگولیت لایه‌ای سنگی است که سطح ماه را می‌پوشاند. چند هفته پس از آن، چانگ‌ای ۵ نمونه‌ها را به زمین بازگرداند و به اولین مأموریت بازگشت از ماه پس از مأموریت‌های آپولو تبدیل شد.
دانشمندان پیش‌تر آب و جوان‌ترین سنگ‌های شناخته‌شده ماه را در این نمونه‌ها کشف کرده بودند. اما اکنون کشف گرافین طبیعی بار دیگر توج‌هات را به سمت این نمونه‌ها معطوف کرده است.
گرافین به طور معمول در آزمایشگاه و با رسوب‌گذاری کربن در لایه‌های نازک، یا برش لایه‌های گرافیت با نوار چسب تهیه می‌شود. گرافین طبیعی در فضای بین‌ستاره‌ای، شهاب‌سنگ‌ها، معادن و اکنون در ماه کشف شده است.
کشف گرافین طبیعی در نمونه‌های ماه
پژوهشگران برای این مطالعه از روش طیف‌سنجی رامان برای آنالیز یک نمونه کوچک ۲.۹ در ۱.۶ می‌لیم‌تری مأموریت چانگ‌ای ۵ استفاده کردند. آن‌ها چندین نقطه با محتوای کربن بالا‌تر را شناسایی کردند که به صورت گرافین تجمعیافته بودند. از آنجا که گرافین اساسا صفحاتی بسیار نازک گرافیت است، دانشمندان نمونه را با بزرگنمایی بالا‌تری بررسی کردند.
آن‌ها متوجه شدند که مقداری از کربن موجود شکل گرافین به خود گرفته بود. برخی از آن‌ها دانه‌هایی با ضخامت دو تا هفت لایه بودند و برخی دیگر بخشی از پوسته کربنی اطراف کانی‌های دیگر بودند. وجود گرافین در این پوسته‌ها به این معنی است که گرافین از پوسته‌پوسته شدن گرافیت تشکیل نشده، بلکه به احتمال زیاد از طریق فرا‌یندی دیگر شکل گرفته است که نیازمند دمای بالا است.
مشاهدات دقیق‌تر نشان داد که ترکیبات آهن تنها در نقاط با محتوای کربن بالا وجود دارند. این امر نشان می‌دهد که ترکیبات آهن در شکل‌گیری گرافیت و گرافین نقش دارند. گرمای ناشی از فعالیت آتشفشانی در سال‌های آغازین شکل‌گیری ماه، به احتمال زیاد عامل راه‌اندازی این مواد بوده است. یا به احتمال زیاد کانی‌های آهن‌دار سنگ‌های خردشده ماه کربن را از باد‌های خورشیدی جذب کرده‌اند و با تخلیه‌های پلاسمای داغ که روی سطح ماه تشکیل می‌شود، آن را به گرافین تبدیل کرده‌اند.
گرافین موجود در ماه به اندازه‌ای نیست که فضانوردان آینده بتوانند آن را جمع‌آوری و استفاده کنند؛ اما مطالعه چگونگی شکل‌گیری این ماده به صورت طبیعی می‌تواند به بهبود تلاش‌های ما در ساخت آن روی زمین کمک کند.
راه‌اندازی گرافین طبیعی با کاتالیزور‌های کانی مسیری را برای گسترش تکنیک‌های کم‌هزینه و مقیاس بزرگ برای تولید گرافین باکیفیت باز می‌کند. پژوهشگران نتایج تحقیقات خود را در ژورنال منتشر کرده‌اند.