در سال ۲۰۰۴، دانشمندان دانشگاه منچستر برای اولین بار گرافن را جداسازی و بررسی کردند، این ابر ماده متشکل از اتم های کربن تک لایه که در یک شبکه لانه زنبوری شش ضلعی قرار گرفته اند. از آن زمان به بعد، با خواصی که آن را در کاربردهای متعدد بسیار مفید می کند، به یک شگفتی تبدیل شده است. در میان دانشمندان، عموماً اعتقاد بر این است که حدود ۱.۹ درصد کربن در محیط بین ستاره‌ای (ISM) به شکل گرافن وجود دارد که شکل و ساختار آن توسط فرآیند تشکیل آن مشخص می‌شود.
همانطور که اتفاق می افتد، ممکن است تعداد زیادی از این ابر ماده روی سطح ماه وجود داشته باشد. در یک مطالعه اخیر، محققان آکادمی علوم چین (CAS) گرافن طبیعی را که در یک ساختار لایه نازک ویژه در ماه چیده شده است، نشان دادند. این یافته‌ها می‌تواند پیامدهای شدیدی برای درک ما از چگونگی شکل‌گیری ماه داشته باشد و به روش‌های جدیدی برای ساخت گرافن، با کاربردهای مختلف از الکترونیک، ذخیره‌سازی نیرو، ساخت‌وساز و ابرمواد منجر شود. آنها همچنین می توانند برای ماموریت های آینده که زیرساخت های دائمی را در سطح ماه ایجاد می کنند مفید باشند.
این تیم توسط پروفسورهای وی ژانگ و منگ زو از آزمایشگاه کلیدی مهندسی بیونیک و آزمایشگاه کلیدی همکاری بین‌المللی مواد انرژی پاک با راندمان بالا در دانشگاه جیلین، مهندس ارشد دانشگاه جیلین، شیجوان لی، و ونکای رن از CAS هدایت می‌شد. موسسه تحقیقات فلزات (CAS-ISM). همکارانی از چندین آزمایشگاه کلیدی در دانشگاه جیلین، CAS-ISM، آزمایشگاه اکتشاف اعماق فضا، و مرکز مهندسی فضایی و اکتشاف ماه به آنها پیوستند. مقاله ای که یافته های آنها را توصیف می کند در National Science Review ظاهر شد.
برای دهه ها، دانشمندان حدس می زدند که منظومه زمین و ماه از یک برخورد عظیم – فرضیه ضربه غول پیکر – بین جسمی به اندازه مریخ (Theia) و زمین در حدود ۴.۴ میلیارد سال پیش شکل گرفته است. این نظریه توسط تجزیه و تحلیل صخره های ماه که توسط فضانوردان آپولو بازگردانده شده است، پشتیبانی می شود، که منجر به مفهوم کربن خالی شده است. با این حال، یافته‌های اخیر بر اساس مشاهده شارهای جهانی یون کربن در ماه، که حضور کربن بومی را نشان می‌دهد، این توافق را به چالش می‌کشد.
این مشاهدات با تجزیه و تحلیل یکی از نمونه های آپولو ۱۷ که وجود گرافیت را نشان می داد، مطابقت دارد. برای مطالعه خود، این تیم تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی یک نمونه زیتونی شکل از خاک ماه (با ابعاد حدود ۲.۹ میلی‌متر در ۱.۶ میلی‌متر) را که توسط مأموریت Chang’e 5 در سال ۲۰۲۰ بازیابی شد، انجام دادند. این سومین مأموریت روباتیک چین برای رسیدن به سطح ماه بود. و اولین نمونه بازگشت آن از ماه. آنها از طیف هایی که به دست آوردند، یک ترکیب آهن را در بخش غنی از کربن نمونه پیدا کردند که ارتباط نزدیکی با تشکیل گرافن دارد.
پس از تجزیه و تحلیل بیشتر با استفاده از فناوری‌های پیشرفته میکروسکوپی و نقشه‌برداری، آنها تأیید کردند که کربن موجود در نمونه، دانه‌های گرافن با ضخامت دو تا هفت لایه است. از نظر نحوه رسیدن به آنجا، این تیم پیشنهاد کرد که گرافن ممکن است در طول دوره‌ای از فعالیت‌های آتشفشانی در اوایل تاریخ ماه شکل گرفته باشد، زمانی که هنوز از نظر زمین‌شناسی فعال بود. آنها همچنین فرض می کنند که گرافن توسط بادهای خورشیدی کاتالیز شده است که سنگ سنگی قمری و مواد معدنی حاوی آهن آن را به جریان انداخته است، که می تواند به تغییر ساختار اتمی کربن کمک کند.
آنها همچنین امکان برخورد شهاب‌سنگ را فراهم می‌کنند، که همچنین به ایجاد محیط‌هایی با دمای بالا و فشار بالا شبیه به فعالیت‌های آتشفشانی معروف است. همانطور که در مقاله خود بیان می کنند: گرافن به‌صورت تکه‌های تکی جاسازی می‌شود یا به‌عنوان بخشی از یک پوسته کربنی تشکیل می‌شود که ذرات معدنی را در بر می‌گیرد. نتیجه ما یک ساختار معمولی کربن بومی در ماه را نشان می‌دهد و مکانیسم تشکیل آن پیشنهاد شده است. این یافته ممکن است درک اجزای شیمیایی، قسمت های جغرافیایی و تاریخ ماه را دوباره ابداع کند.
این یافته‌ها همچنین می‌تواند تأثیر فوق‌العاده‌ای بر تحقیقات اینجا روی زمین داشته باشد، جایی که گرافن برای کاربردهای مختلف از الکترونیک و مکانیک گرفته تا علم مواد مورد بررسی قرار می‌گیرد. همانطور که آنها در مطالعه خود نشان می دهند، این مطالعه می تواند به روش های جدیدی برای تولید ارزان مواد منجر شود و فرصت های بیشتری برای اکتشاف ماه ارائه دهد:
شناسایی گرافن در ساختار هسته-پوسته به جای لایه‌برداری، فرآیند سنتز از پایین به بالا را نشان می‌دهد، که معمولاً شامل یک واکنش کاتالیزوری با دمای بالا است. بنابراین، مکانیزم تشکیل گرافن چند لایه و کربن گرافیتی در اینجا پیشنهاد شده است.
به نوبه خود، تشکیل گرافن طبیعی که با مواد معدنی کاتالیز می شود، توسعه تکنیک های سنتز مقیاس پذیر کم هزینه برای گرافن با کیفیت بالا را روشن می کند. بنابراین، یک برنامه جدید اکتشاف ماه ممکن است ترویج شود و برخی از پیشرفت‌های آینده را می‌توان انتظار داشت.
این یافته ها همچنین می تواند برای ماموریت های آینده که منجر به توسعه زیرساخت های دائمی در سطح ماه می شود مفید باشد. این شامل برنامه آرتمیس ناسا می شود که هدف آن ایجاد ‘برنامه پایدار اکتشاف و توسعه ماه’ است. همچنین طرح روستای ماه آژانس فضایی اروپا و طرح چین و روسیه برای یک ایستگاه تحقیقاتی بین‌المللی قمری (ILRS) وجود دارد. علاوه بر اکتشاف و تحقیقات علمی، این برنامه‌ها می‌توانند آزمایش‌هایی روی خواص و کاربردهای گرافن انجام دهند که می‌تواند شامل ساخت زیستگاه‌های قمری باشد!
مطالعه بیشتر: EurekAlert!، National Science Review
