دانشمندان چینی گرافن طبیعی را در ماه کشف کردند

گرافین موجود در ماه به‌قدری نیست که فضانوردان از آن استفاده کنند، اما مطالعه نحوه شکل‌گیری آن می‌تواند باعث بهبود روش‌های تولید گرافین شود.

پژوهشگران مؤسسه تحقیقات فلز در آکادمی علوم چین، ماده‌ای جدید در نمونه‌های ماه پیدا کرده‌اند: گرافین طبیعی. این ماده، که به‌شکل صفحاتی دو بُعدی با ضخامت یک لایه کربن هستند، سال‌ها در مرکز توجهات بوده، زیرا در صنایع الکترونیکی و مکانیکی کاربردهای فراوان دارد.

در ماه دسامبر سال ۲۰۲۰، فضاپیمای چینی «چانگ ای ۵» با موفقیت روی ماه نشست و از رگولیت سطح ماه نمونه‌برداری کرد. (رگولیت لایه‌ای سنگی است که سطح ماه را می‌پوشاند.) چند هفته بعد، چانگ ای ۵ نمونه‌ها را به زمین برگرداند و تبدیل به اولین مأموریت بازگشت از ماه پس از مأموریت‌های آپولو شد.

دانشمندان پیش‌تر آب و جوان‌ترین سنگ‌های شناخته‌شده ماه را در این نمونه‌ها پیدا کرده بودند. اما حالا کشف گرافین طبیعی دوباره توجهات را به این نمونه‌ها جلب کرده است.

گرافین معمولاً در آزمایشگاه و با رسوب‌گذاری کربن در لایه‌های نازک، یا بریدن لایه‌های گرافیت با نوار تهیه می‌شود. گرافین طبیعی در فضای میان‌ستاره‌ای، شهاب‌سنگ‌ها، معادن و حالا 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 در۱.۶ میلیمتری مأموریت چانگ ای ۵ استفاده کردند. آن‌ها چندین نقطه با محتوای کربن بالاتر پیدا کردند که به‌شکل گرافین تجمع کرده بودند. از آن‌جایی که گرافین اساساً صفحات بسیار نازک گرافیت است، دانشمندان نمونه را با بزرگنمایی بالاتری بررسی کردند.

آن‌ها اطمینان حاصل کردند 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. حضور گرافین در این پوسته‌ها به این معنی است که گرافین از پوسته‌پوسته شدن گرافیت ایجاد نشده، بلکه احتمالاً از طریق فرایند دیگری شکل گرفته است که نیازمند دمای بالایی است.

بررسی‌های دقیق‌تر نشان می‌داد که ترکیبات آهن فقط در نقاط با محتوای کربن بالا وجود دارند. این به این معنی است که ترکیبات آهن در شکل‌گیری گرافیت و گرافین نقش دارند. گرمای ناشی از فعالیت آتشفشانی در سال‌های آغازین شکل‌گیری ماه، احتمالاً موجب تشکیل این مواد شده است. یا احتمالاً کانی‌های آهن‌دار سنگ‌های خردشده ماه کربن را از بادهای خورشیدی جذب کرده‌اند و با تخلیه‌های پلاسمای داغ که روی سطح ماه ایجاد می‌شوند، آن را به گرافین تبدیل کرده‌اند.

گرافین موجود در ماه به‌قدری نیست که فضانوردان آینده بتوانند آن را جمع‌آوری و استفاده کنند؛ اما مطالعه چگونگی شکل‌گیری این ماه به روشی طبیعی ممکن است باعث بهبود تلاش‌های ما در ساخت آن روی زمین شود.

تشکیل گرافین طبیعی با کاتالیزورهای کانی راهی را برای توسعه تکنیک‌های کم‌هزینه و مقیاس بزرگ برای تولید گرافین باکیفیت ایجاد می‌کند. پژوهشگران نتایج تحقیقات خود را در ژورنال National Science Review منتشر کرده‌اند.