През 2004 г. учени от университета в Манчестър за първи път изолират и изследват графен, суперматериалът, съставен от еднослойни въглеродни атоми, подредени в шестоъгълна решетка от пчелна пита. Оттогава на него се гледа като "чудо" със свойства, които го правят изключително полезен в множество приложения. Сред учените обикновено се смята, че около 1,9% от въглерода в междузвездната среда (ISM) съществува под формата на графен, чиято форма и структура се определят от процеса на неговото образуване.
Може да има много от този суперматериал на повърхността на Луната.
В наскоро публикувано проучване изследователи от Китайската академия на науките (CAS) разкриват естествено образуван графен, подреден в специална тънкослойна структура на Луната. Тези открития биха могли да имат важни последици за представата ни как се е формирала Луната и да доведат до нови методи за производство на графен, с приложения, вариращи от електроника, съхранение на енергия, строителство и суперматериали. Те също така могат да се окажат полезни за бъдещи мисии, които ще създадат постоянна инфраструктура на лунната повърхност.
Документът, който описва техните открития, е публикуван в National Science Review.
В продължение на десетилетия учените предполагат, че системата Земя-Луна се е образувала в резултат на масивен сблъсък - хипотезата за гигантски удар - между тяло с размерите на Марс (Тея) и Земята преди около 4,4 милиарда години. Тази теория е подкрепена от анализите на лунните скали, върнати от астронавтите на Аполо, които доведоха до идеята за изчерпване на въглерода. Неотдавнашни открития обаче оспорват този консенсус въз основа на наблюденията на глобални въглеродни йонни потоци на Луната, които предполагат наличието на местен въглерод.
Тези наблюдения са в съответствие с анализа на една от пробите от Аполо 17, която показа наличие на графит. За целите на изследването си екипът извършва спектроскопски анализ на проба от лунна почва с размерите на маслина (с размери около 2,9 mm на 1,6 mm), извлечена от мисията Chang'e 5 през 2020 г. Това е третата роботизирана мисия на Китай за достигане на лунната повърхност и първото връщане на проба от Луната. От получените спектри те откриват желязно съединение в богата на въглерод част от пробата, което е тясно свързано с образуването на графен.
След допълнителен анализ с помощта на усъвършенствани микроскопски и картографски технологии потвърждават, че въглеродът в пробата представлява графенови люспи с дебелина от два до седем слоя. По отношение на начина, по който е попаднал там, екипът предполага, че графенът може да се е образувал по време на период на вулканична активност в началото на историята на Луната, когато тя все още е била геологически активна. Освен това те смятат, че графенът е бил катализиран от слънчевите ветрове, които са раздвижили лунния реголит и съдържащите го железосъдържащи минерали, което може да е спомогнало за преобразуването на атомната структура на въглерода.
Изследователите допускат и възможността за метеоритни удари, за които също е известно, че създават среда с висока температура и високо налягане, подобна на вулканичната дейност. Както се посочва в статията им:
"Графенът е вграден като отделни люспи или е образуван като част от въглеродна обвивка, обгръщаща минералните частици. Нашият резултат разкрива една типична структура на местния въглерод в Луната и е предложен механизъм за неговото образуване. Това откритие може да преоткрие разбирането за химичните компоненти, географията и историята на Луната."
Илюстрация на вътрешността на Луната. Кредит: Hernan Cañellas/Benjamin Weiss
Тези открития биха могли да окажат огромно влияние и върху изследванията тук, на Земята, където графенът се проучва за приложения, вариращи от електрониката и механиката до материалознанието. Както те посочват в своето изследване, това проучване може да доведе до нови методи за евтино производство на материала и да предложи допълнителни възможности за изследване на Луната:
"Идентифицирането на графен в структурата на ядрото и кората предполага процес на синтез отдолу нагоре, а не ексфолиране, което обикновено включва високотемпературна каталитична реакция. Поради това тук се предлага механизъм на образуване на няколкослоен графен и графитен въглерод...
"На свой ред минерално-катализираното образуване на естествен графен хвърля светлина върху разработването на евтини мащабируеми техники за синтез на висококачествен графен. Следователно може да се стимулира нова програма за изследване на Луната и да се очакват някои бъдещи открития."
Тези открития могат да се окажат полезни и за бъдещи мисии, които ще доведат до развитието на постоянна инфраструктура на лунната повърхност. Това включва програмата " Артемис" на НАСА, която има за цел да създаде "устойчива програма за изследване и развитие на Луната". Съществува и инициативата на Европейската космическа агенция "Лунно село", както и планът на Китай и Русия за Международна лунна изследователска станция (МЛИС). Освен проучването и научните изследвания, тези програми биха могли да провеждат експерименти за свойствата и употребата на графена, което би могло да включва производството на лунни хабитати.
Справка: Wei Zhang, Qing Liang, Xiujuan Li, Lai-Peng Ma, Xinyang Li, Zhenzhen Zhao, Rui Zhang, Hongtao Cao, Zizhun Wang, Wenwen Li, Yanni Wang, Meiqi Liu, Nailin Yue, Hongyan Liu, Zhenyu Hu, Li Liu, Qiang Zhou, Fangfei Li, Weitao Zheng, Wencai Ren, Meng Zou, Discovery of natural few-layer graphene on the Moon, National Science Review, 2024;, nwae211, https://doi.org/10.1093/nsr/nwae211
Източник: China's Lunar Samples Contain Graphene Flakes, EurekAlert!
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари