گرافن طبیعی در ماه کشف شد

دانشمندان در نمونه‌ای از خاک ماه که توسط مأموریت فضاپیمای چینی چانگ‌ ای 5 به زمین بازگردانده شد، گرافن طبیعی کشف کردند.
این گرافن به صورت ورقه‌های نازک کربن با ضخامت یک اتم یافت شد و در مناطقی با محتوای بالای کربن و ترکیبات آهن حضور داشت. احتمال دارد این گرافن به دلیل فعالیت‌های آتشفشانی و دماهای بالا تشکیل شده باشد. این کشف می‌تواند به بهبود تکنیک‌های مصنوعی تولید گرافن کمک کند.
فضاپیمای چینی چانگ‌ای 5 در دسمبر 2020 روی ماه فرود آمد و رگولیت (لایه‌ای سنگی که سطح ماه را می‌پوشاند) سطح ماه را جمع‌آوری کرد و چند هفته بعد آن را به زمین بازگرداند. این اولین مأموریت موفقیت‌آمیز ماه از سال 1976 بود. تجزیه و تحلیل این رگولیت، آثاری از وجود آب در ماه و جوان‌ترین سنگ‌های شناخته‌شده ماه را تاکنون نشان داده است.

اکنون محققان مؤسسه تحقیقات فلزات آکادمی علوم چین کشف جدیدی در نمونه قمری گرافن انجام داده‌اند. این ماده که به شکل صفحات کربن دو‌بعدی با ضخامت یک اتم می‌باشد، به لطف خواص الکترونیکی و مکانیکی مفید خود، سال‌ها عنوان خبرها را به خود اختصاص داده است. گرافن اغلب در آزمایشگاه با رسوب ورقه‌های نازک کربن روی بسترها، یا فقط با بریدن لایه‌های گرافیت با نوار ساخته می‌شود، اما اکنون گرافن طبیعی در فضای بین‌ستاره‌ای، شهاب‌سنگ‌ها، معادن و اکنون در ماه شناسایی شده است.
محققان در مطالعه جدید از طیف‌سنجی رامان برای تجزیه و تحلیل یک نمونه کوچک ماه که توسط فضاپیمای چانگ‌ای 5 بازگردانده شده بود و ابعاد آن حدود x 1.6 2.9 میلی‌متر بود، استفاده کردند. دانشمندان با شناسایی چندین نقطه، متوجه شدند که برخی از آنها محتوای کربن بالایی دارند و به شکل گرافیت هستند. از آنجایی که گرافن فقط صفحات بسیار نازکی از گرافیت است، دانشمندان نمونه را با بزرگنمایی بالاتر مورد بررسی قرار دادند.
پس از انجام تحقیقات مقداری از کربن موجود به شکل گرافن درآمد. یک سری پوسته‌ با ضخامت بین دو تا هفت لایه تشکیل شد، در حالی که بخشی از آنها پوسته کربنی را شامل می‌شدند و سایر مواد معدنی را احاطه کرده بودند. دانشمندان می‌گویند که حضور گرافن در این پوسته‌ها نشان می‌دهد که گرافن فقط از روی گرافیت کنده نشده است، بلکه احتمال دارد از طریق فرآیند دیگری شکل گرفته باشد، فرآیندی که به دمای بالا نیاز دارد.
دانشمندان با بررسی دقیق‌تر، نشان دادند که ترکیبات آهن فقط در مناطقی با محتوای کربن بالا وجود دارد. این یافته مشخص می‌کند که این ترکیبات باعث تشکیل گرافیت و گرافن می‌شوند. امکان دارد گرمای ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی، که در سال‌های اولیه تشکیل ماه رخ داده است، باعث تشکیل این مواد شده باشد. احتمال دیگر این است که مواد معدنی حاوی آهن در خاک ماه می‌توانند کربن را از گازهای باد خورشیدی جذب و آن را با ترشحات پلاسمای داغی که می‌تواند در سطح ماه تولید شود، به گرافن تبدیل کنند.
با وجود این، گرافن کشف شده در ماه به اندازه‌ای نیست که فضانوردان آینده بتوانند آن را جمع‌آوری و از آن استفاده کنند، اما دانشمندان می‌گویند که مطالعه چگونگی شکل‌گیری طبیعی این مواد می‌تواند تلاش‌های ساخت گرافن در زمین را را بهبود بخشد.
تشکیل گرافن طبیعی که با مواد معدنی کاتالیز می‌شود، توسعه تکنیک‌های سنتز مقیاس‌پذیر کم‌هزینه گرافن با کیفیت بالا را امکان‌پذیر می‌کند.
این تحقیق در مجله National Science Review منتشر شده است.