月壤中發(fā)現(xiàn)天然石墨烯后 月球資源留給人們想象的空間瞬間增大了

□ 趙佳亮
日前，我國學(xué)術(shù)期刊《國家科學(xué)評論》刊發(fā)針對月壤研究的最新成果。研究人員通過對嫦娥五號鉆采巖屑月壤進(jìn)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。
與富含水分和有機(jī)物的地球土壤不同，月球直接暴露在太陽輻射和微隕石轟擊之下，因此形成的月壤不含有機(jī)質(zhì)，且極度缺水干燥。人們不禁好奇，天然石墨烯究竟是何來頭，未來又有哪些潛在應(yīng)用？
從誕生之初，石墨烯材料就自帶光環(huán)，被喻為“改變世界的神奇材料”。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，將石墨片粘在兩片特殊的膠帶之間，撕開膠帶，石墨片就被減薄，一分為二。如此反復(fù)操作，薄片越來越薄，最終他們在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了石墨烯。它的厚度只有0.34納米，一片1毫米厚的石墨片由近300萬層石墨烯堆垛組成。如果我們把石墨片當(dāng)作一本書，其中的每一頁紙都可以被認(rèn)為是石墨烯。
石墨烯被廣泛研究的重要原因，則是其具有非凡的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極佳的透光特性。石墨烯載流子遷移率是硅的10倍，有望用于制造超高比能動力電池和超高頻率芯片。石墨烯導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管，有望成為電子產(chǎn)品的新一代導(dǎo)熱散熱材料。有人曾測算，一塊1平方米的石墨烯吊床足以承受一只4公斤重的貓，而該吊床的重量僅為0.77毫克，比貓的腮須還輕，肉眼根本看不到。作為一種可能替代硅基芯片的產(chǎn)品，由石墨烯材料制造的碳基芯片展現(xiàn)出迷人前景。
目前，石墨烯難以被大量制造，這是因?yàn)槠涔I(yè)制造方法需要在超過1000攝氏度的高溫下進(jìn)行，且難以獲得高純度、大尺寸的石墨烯。相比之下，天然石墨烯的發(fā)現(xiàn)更顯珍貴。2023年，日本北海道大學(xué)的研究團(tuán)隊首次在地球上發(fā)現(xiàn)了天然石墨烯。雖然這種石墨烯能夠在低于300攝氏度的條件下穩(wěn)定存在，但該研究也指出天然石墨烯看起來是透明的，而不是通常呈現(xiàn)出的黑色，表明其結(jié)構(gòu)中可能還含有其他元素。
此次月壤中發(fā)現(xiàn)的天然石墨烯的結(jié)晶質(zhì)量較高，層數(shù)在2-7層，一些含鐵化合物也出現(xiàn)在該區(qū)域附近?；谶@一特征，研究人員提出石墨烯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(jìn)程。
令人遺憾的是，目前發(fā)現(xiàn)的天然石墨烯只是通過各種手段確認(rèn)了其結(jié)構(gòu)組成，并沒有被挖掘其電性能和力學(xué)性能，因此我們無法區(qū)分天然石墨烯和人工合成石墨烯的差異。但天然石墨烯的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了我們對月球資源的認(rèn)識邊界，意味著月球不僅僅是一個無生命的巖石球體，很可能存在對技術(shù)發(fā)展有重要價值的資源?？梢韵胂螅S著更大規(guī)模的天然石墨烯被發(fā)掘，我們可以直接在月球上建立石墨烯產(chǎn)業(yè)基地，利用石墨烯快速輸送電子的特點(diǎn)，發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電池，也可以利用其極佳的透光特性，發(fā)展具有更高分辨率的屏幕。
（作者系上海市科普作家協(xié)會會員）