近日，吉林大學(xué)鄒猛教授、張偉教授、李秀娟正高級(jí)工程師及中國(guó)科學(xué)院金屬研究所任文才研究員等，通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)鉆采巖屑月壤(No. CE5Z0806YJYX004)的觀察分析，首次發(fā)現(xiàn)天然形成的少層石墨烯。相關(guān)研究為月球的地質(zhì)活動(dòng)和演變歷史以及月球的環(huán)境特點(diǎn)提供了新見(jiàn)解，拓寬了人們對(duì)月壤復(fù)雜礦物組成的認(rèn)知，為月球的原位資源利用提供了重要信息及線索。研究成果以“Discovery of Natural Few-Layer Graphene on the Moon”為題，于6月17日發(fā)表在National Science Review期刊上。

圖1 CE-5月壤樣品中天然石墨烯的先進(jìn)電子顯微結(jié)構(gòu)表征和譜學(xué)分析

　　過(guò)往報(bào)道指出，通過(guò)觀測(cè)月球的全球碳離子通量，科研人員認(rèn)為月球上存在原生碳，利用月球樣品的表征研究來(lái)揭示原生碳相的晶體結(jié)構(gòu)是可行的。石墨烯以其新奇的物理現(xiàn)象和非凡的特性，在包括行星和空間科學(xué)在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。據(jù)估計(jì)，星際碳總量中約1.9%是以石墨烯的形式存在，其形態(tài)和性質(zhì)由特定的形成過(guò)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。

圖2 少層石墨烯在月球上可能形成過(guò)程

　　在該項(xiàng)研究中，科研團(tuán)隊(duì)采用電鏡—拉曼聯(lián)用技術(shù)，在月壤樣品含碳量相對(duì)較高的位置采集了拉曼光譜，確認(rèn)了月壤樣品中石墨碳的結(jié)晶質(zhì)量相對(duì)較高。值得注意的是，月壤樣品中存在碳的區(qū)域含有鐵化合物，這與石墨烯的形成密切相關(guān)。通過(guò)掃描電子顯微成像、透射電子顯微成像、冷凍條件下球差電鏡的高角環(huán)形暗場(chǎng)像和高分辨像、能譜和電子能量損失譜、飛行二次質(zhì)譜等多種表征技術(shù)的綜合運(yùn)用及測(cè)試結(jié)果的多方面嚴(yán)謹(jǐn)比對(duì)分析，探究并證實(shí)了月壤樣品中檢測(cè)到的石墨碳是少層石墨烯(2—7層)，并提出少層石墨烯和石墨碳的形成可能源于太陽(yáng)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。

　　吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)科張偉教授為本文第一作者，工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄒猛教授、李秀娟正高級(jí)工程師及中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室任文才研究員為本文的共同通訊作者。吉林大學(xué)電子顯微鏡中心測(cè)試分析表征團(tuán)隊(duì)，物理學(xué)院、超硬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室協(xié)同極端條件高壓科學(xué)中心對(duì)該項(xiàng)研究工作給予了大力支持。研究成果由中國(guó)科學(xué)院金屬研究所馬來(lái)鵬研究員，吉林大學(xué)張銳教授、李新陽(yáng)副教授、鄭偉濤教授、周強(qiáng)教授、李芳菲教授、劉紅艷研究員，國(guó)家深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室胡震宇研究員，探月與航天工程中心柳驪研究員等共同合作完成。相關(guān)工作得到了國(guó)家探月中心的月壤樣品寶貴支持和國(guó)家基金委面上項(xiàng)目資助。

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