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        “天外來客”——帶你了解月球上的石墨烯


        來源:中國粉體網(wǎng)   蘇簡

        [導(dǎo)讀]  月球上的石墨烯

        中國粉體網(wǎng)訊  6月23日,據(jù)吉林大學(xué)科研團隊消息,鄒猛教授、張偉教授、李秀娟正高級工程師及中國科學(xué)院金屬研究所研究員任文才等人,通過對嫦娥五號鉆采巖屑月壤進行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^察與分析,發(fā)現(xiàn)了天然形成的少層石墨烯,這一突破性發(fā)現(xiàn)為國際首次,研究成果發(fā)表在了國際知名學(xué)術(shù)期刊《National Science Review》上。




        嫦娥五號任務(wù)是我國月球探測工程的重要組成部分,它不僅實現(xiàn)了我國月球樣本的首次采集返回,更為科學(xué)家們提供了研究月球的第一手資料。該研究為月球的地質(zhì)活動和演變歷史以及月球的環(huán)境特點提供了新的見解,拓寬了人類對月壤復(fù)雜礦物組成的認(rèn)識。


        碳是了解行星體形成和演變的基本元素。據(jù)估計,星際碳總量中約有1.9% 是以石墨烯的形式存在,石墨烯的形態(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。


        值得注意的是,月壤樣品中存在碳的區(qū)域含有鐵化合物,與石墨烯形成密切相關(guān)。科研團隊在對月壤樣品進行深入研究時,特別關(guān)注了含碳量較高的區(qū)域,通過拉曼光譜分析,研究人員確認(rèn)了這些區(qū)域中石墨碳的結(jié)晶質(zhì)量較高。進一步的研究表明,月壤中含碳的區(qū)域同時含有鐵化合物,這為石墨烯的形成提供了關(guān)鍵條件。為了更全面地理解月壤樣品的特性,科研團隊采用了多種先進的表征技術(shù),包括掃描電子顯微成像(SEM)和透射電子顯微成像(TEM)等。這些技術(shù)的綜合運用,結(jié)合嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試結(jié)果比對分析,研究團隊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)。綜合測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析,他們提出了少層石墨烯和石墨碳的形成機制,即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)的礦物催化進程。



        太陽風(fēng),即太陽釋放的帶電粒子流,對月球表面物質(zhì)有著深遠的影響。與此同時,月球早期的火山活動釋放了大量的氣體和巖漿,這些物質(zhì)在冷卻過程中可能與太陽風(fēng)中的粒子發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)?蒲袌F隊推測,正是這些相互作用可能催化了石墨碳和少層石墨烯的生成。


        揭開石墨烯的面紗


        石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的材料,擁有極高的電子遷移率、導(dǎo)熱性和機械強度等特性,使得石墨烯在電子學(xué)、能源、催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。而少層石墨烯則是由幾層石墨烯疊加而成的材料。石墨烯一層層疊起來就是石墨,厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。




        石墨烯的特性


        1. 石墨烯是目前已知最薄卻也最堅硬的納米材料。1毫米厚的的石墨薄片,能剝離出多達300萬層石墨烯,鉛筆在紙上輕輕劃過,留下的痕跡就可能是一層或者幾層石墨烯;而石墨烯的強度是鉆石強度的2倍、鋼材的200倍,是已知硬度最高的材料。


        2. 石墨烯對紅外光、可見光、紫外光的透光率均達97.7%,只吸收2.3%的光;其透光性在較寬的波長范圍內(nèi)都很好,被其吸收的光還能迅速轉(zhuǎn)化為其他波長的光。


        3. 石墨烯材料不透氣、也不透水,對強堿、強酸等腐蝕性溶液有很強的抵御能力;能有效抑制細菌的生長。


        4. 石墨烯是已知導(dǎo)電性最好的材料,被稱為超強導(dǎo)體,具有世界上最小的電阻率,電子遷移率在常溫下超過15000 cm2/(V·s),是銅的一百萬倍;石墨烯還是已知的最優(yōu)良的導(dǎo)熱體,單層石墨烯的理論熱導(dǎo)率高達5300W/m·k,遠超納米碳管和金剛石。


        石墨烯的這些特性使其在多個領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。在電子領(lǐng)域,石墨烯可以作為超薄、柔性的導(dǎo)體材料,用于制造可彎曲的電子設(shè)備;在能源領(lǐng)域,石墨烯可以提高電池的充放電速度、電容量和循環(huán)壽命;在材料領(lǐng)域,石墨烯可以增強材料的強度和導(dǎo)熱性能,應(yīng)用于高強度材料和散熱材料的制備;在航空航天領(lǐng)域,石墨烯的輕薄和堅固性可以有效提高飛行器的性能以及節(jié)省能源;在環(huán)保領(lǐng)域,石墨烯可以應(yīng)用于海水淡化、污水處理等方面,提高水資源的利用率;在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,石墨烯可以用于腫瘤治療、基因傳遞和生物傳感器等方面,其獨特的二維結(jié)構(gòu)和生物相容性使其成為一種理想的生物醫(yī)學(xué)材料。


        石墨烯不僅是科學(xué)界的瑰寶,更是未來科技的基石。隨著人類對宇宙的探索不斷深入,月球作為離我們最近的行星,其資源價值逐漸被認(rèn)識和挖掘。這次發(fā)現(xiàn)的少層石墨烯,有望在未來為人類提供新的材料來源,推動科技進步和可持續(xù)發(fā)展。


        參考來源:

        中國科研人員在月壤樣本中發(fā)現(xiàn)天然石墨烯.中國新聞網(wǎng)

        吉林大學(xué),重大發(fā)現(xiàn)!.長春日報

        武林至尊:揭開石墨烯的神秘面紗.介質(zhì)材料

        石墨烯 | 實至名歸的“新材料之王”.藝傳承集團

        石墨烯為什么銷聲匿跡了?石墨烯到底是騙局還是黑科技?.土豆說說說


        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡)

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