محققان در سطح ماه نشانه‌هایی از وجود گرافن طبیعی پیدا کردند!

فضاپیمای مأموریت Chang’e ۵ در دسامبر ۲۰۲۰ بر روی ماه فرود آمد، نمونه‌ای از سنگ‌های آن را جمع‌آوری و چند هفته بعد، آنها را به زمین بازگرداند. این اولین مأموریتِ بازیابی نمونه‌های قمری از سال ۱۹۷۶ بود که به موفقیت انجام شده بود. تجزیه و تحلیل این نمونه‌ها، اطلاعات مهمی از جمله ردپایی از آب و جوان‌ترین سنگ‌های ماه را برای محققان آشکار کرد.

اکنون، محققان مؤسسه تحقیق در حوزه‌ی فلزات آکادمی علوم چین کشف جدیدی در این نمونه‌های قمری داشته‌اند؛ گرافن! این ماده به شکل صفحات کربنی دو بعدی با ضخامت یک اتم است و به دلیل خواص الکترونیکی و مکانیکی منحصر‌به‌فردش، سال‌ها توجه زیادی را به خود جلب کرده است. گرافن معمولاً در آزمایشگاه با رسوب ورقه‌های نازک کربن بر روی بستر‌ها یا با استفاده از نوار برای جداسازی ورقه‌های نازک از گرافیت ساخته می‌شود. اما گرافن طبیعی در فضای بین‌ستاره‌ای، شهاب‌سنگ‌ها، معادن و اکنون در ماه نیز شناسایی شده است!

محققان در این مطالعه از طیف‌سنجی رامان برای تجزیه و تحلیل یک نمونه کوچک با ابعاد حدود ۲.۹ در ۱.۶ میلی‌متری که توسط Chang’e ۵ بازگردانده شده بود، استفاده کردند. آن‌ها چندین نقطه را شناسایی کردند که محتوای کربن بالایی داشته و به‌نظر می‌رسید به شکل گرافیت باشند. از آنجایی که گرافن اساساً فقط ورقه‌های بسیار نازکی از گرافیت است، دانشمندان نمونه را با بزرگنمایی بالاتر مورد بررسی قرار دادند.

مطمئناً مقداری از کربن موجود به شکل گرافن درآمده بود. برخی از پوسته‌ها با ضخامت بین دو تا هفت لایه نیز تشکیل شده بودند، در حالیکه برخی دیگر بخشی از پوسته کربنی بود که سایر مواد معدنی را احاطه می‌کرد. داده‌ها بیانگر آنند که حضور این ماده در این پوسته‌ها نشان می‌دهد که گرافن تنها از روی گرافیت کنده نشده است، بلکه احتمالاً از طریق فرآیند دیگری شکل گرفته است که به دمایی بالا نیاز دارد.

محققان می‌گویند بررسی دقیق‌تر نشان داد که ترکیبات آهن تنها در مناطقی با محتوای کربن بالا وجود دارند که نشان می‌دهد این ترکیبات باعث تشکیل گرافیت و گرافن شده‌اند. گرمای ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی که در سال‌های اولیه ماه رخ داده، ممکن است موجب تولید این گرافن‌ها شده باشد. مواد معدنی حاوی آهن در خاک ماه می‌توانند کربن را از گاز‌های موجود در باد خورشیدی جذب کرده و آن را با ترشحات پلاسمای داغی که در سطح ماه تولید می‌شود، به گرافن تبدیل کنند.

در حالیکه واقعاً گرافن کافی برای فضانوردان آینده وجود ندارد که بتوانند آن را جمع‌آوری کرده و از آن استفاده کنند، اما مطالعه‌ی چگونگی شکل‌گیری طبیعی این ماده می‌تواند تلاش‌های ما برای ساخت نمونه مصنوعی را بهبود بخشد.

در پایان این مقاله آمده است:

تشکیل گرافن طبیعی که با مواد معدنی کاتالیز می‌شود، توسعه تکنیک‌های سنتز مقیاس‌پذیر و کم‌هزینه گرافن با کیفیت بالا را روشن می‌کند. بنابراین، یک برنامه جدید اکتشافی ماه ممکن است شروع شود و برخی از پیشرفت‌ها را در آینده می‌توان انتظار داشت.

این تحقیق در مجله National Science Review منتشر شده است.

منبع: Newatlas