科学家在月球表面发现了天然形成的石墨烯，这一发现可能改变我们对月球形成的理解。

2004年，曼彻斯特大学的科学家首次分离并研究了石墨烯，这种由单层碳原子排列成六边形蜂窝状的超材料。

自那时起，石墨烯因其极其有用的多种特性而被誉为“神奇材料”。科学界普遍认为，约1.9%的星际介质中的碳以石墨烯形式存在，其形状和结构由其形成过程决定。

最近的研究表明，月球表面可能存在大量这种超材料。中国科学院的研究人员在月球上发现了特殊薄层结构的天然石墨烯。

这一发现可能对我们理解月球的形成过程产生深远影响，并引发新的石墨烯制造方法，应用范围从电子产品、能量存储、建筑到超材料。

此外，这还可能对未来在月球表面建立永久基础设施的任务有重要意义。

研究团队由吉林大学仿生工程重点实验室和吉林省高效清洁能源材料国际合作重点实验室的张伟教授和邹孟教授领导，吉林大学高级工程师李秀娟和中国科学院金属研究所的任文才参与。

团队成员还包括来自吉林大学多个重点实验室、中国科学院金属研究所、深空探测实验室和月球探测与空间工程中心的同事。相关研究发表在《国家科学评论》上。

几十年来，科学家们推测地月系统是由一次巨大的碰撞——巨撞假说——形成的，该假说认为约44亿年前，火星大小的天体忒伊亚与地球相撞。

这一理论得到了阿波罗宇航员带回的月球岩石分析的支持，这些岩石显示月球碳含量较低。然而，最近的发现基于月球全球碳离子通量的观测，挑战了这一共识，表明月球上存在本土碳。

这些观测结果与阿波罗17号样本中的石墨存在分析一致。在他们的研究中，团队对2020年嫦娥五号任务取回的一个橄榄形月壤样本(约2.9毫米×1.6毫米)进行了光谱分析。

这是中国第三次机器人月球任务，也是首次月球样本返回任务。从获得的光谱中，他们在样本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。

通过进一步使用先进显微镜和成像技术分析，他们确认样本中的碳是由二到七层厚的石墨烯薄片组成。

关于其形成过程，团队提出石墨烯可能是在月球早期仍有地质活动的火山活动期间形成的。

他们还假设，太阳风可能催化了月壤和含铁矿物的反应，帮助转变了碳的原子结构。

他们还考虑了陨石撞击的可能性，已知陨石撞击会产生类似火山活动的高温高压环境。正如他们在论文中所述：

“石墨烯以独立薄片的形式嵌入或作为包裹矿物颗粒的碳壳的一部分。我们的结果揭示了月球本土碳的典型结构，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、地理事件和历史的理解。”

这些发现还可能对地球上的研究产生巨大影响，目前石墨烯正被用于电子学、力学到材料科学的应用研究。

如他们在研究中指出，这项研究可能导致低成本石墨烯生产的新方法，并提供更多月球探索的机会：

“核心-壳结构中石墨烯的识别表明一种自下而上的合成过程，而不是通常的高温催化反应剥离。因此，这里提出了一种少层石墨烯和石墨碳的形成机制……

“因此，矿物催化形成天然石墨烯为高质量石墨烯的低成本规模化合成技术的发展提供了启示。因此，可能会推动新的月球探索计划，并期待一些即将到来的突破。”

这些发现还可能对未来月球表面永久基础设施的发展任务有重要帮助。这包括NASA的阿耳特弥斯计划，该计划旨在创建一个“可持续的月球探索和开发计划”。

此外，还有欧洲航天局的月球村计划，以及中俄两国的国际月球研究站计划。除了探索和科学研究外，这些计划还可能进行石墨烯特性和应用的实验，包括制造月球栖息地。

本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。

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