Cercetătorii anunţă că au descoperit un „material minune” pe Lună: grafenul

În anul 2004, oamenii de știință de la Universitatea din Manchester au izolat și studiat pentru prima dată grafenul, materialul minune compus dintr-un singur strat de atomi de carbon dispuși într-o rețea hexagonală în formă de fagure.

De atunci, acesta a devenit un fenomen uimitor, cu proprietăți care îl fac extrem de util în numeroase domenii. În rândul oamenilor de știință, se crede în general că aproximativ 1,9% din carbonul din mediul interstelar (ISM) există sub formă de grafen, forma și structura acestuia fiind determinate de procesul de formare.

Grafenul, un material minune, identificat pe suprafaţa Lunii

Așa se face că pe suprafața Lunii ar putea exista o mulțime din acest supermaterial. Într-un studiu recent, cercetătorii de la Academia Chineză de Științe (CAS) au descoperit grafen format în mod natural și dispus într-o structură specială de straturi subțiri pe Lună.

Aceste descoperiri ar putea avea implicații majore pentru înțelegerea modului în care s-a format Luna și ar putea conduce la noi metode de fabricare a grafenului, cu aplicații care variază de la electronică, stocare a energiei, construcții și supermateriale.^[sursa]

De asemenea, acestea s-ar putea dovedi utile pentru misiunile viitoare care vor crea infrastructură permanentă pe suprafața selenară.

Echipa de cercetare a fost condusă de către profesorii Wei Zhang și Meng Zou de la Key Laboratory of Bionic Engineering și Jilin Provincial International Cooperation Key Laboratory of High-Efficiency Clean Energy Materials din cadrul Universității Jilin, Xiujuan Li, inginer principal la Universitatea Jilin, și Wencai Ren de la CAS’ Institute of Metal Research (CAS-ISM).^[sursa]

Acestora li s-au alăturat colegi din mai multe laboratoare-cheie de la Universitatea Jilin, CAS-ISM, Laboratorul de Explorare a Spațiului Aprofundat și Centrul de Explorare Lunară și Inginerie Spațială. Lucrarea care descrie descoperirile lor a apărut în revista ştiinţifică National Science Review.^[sursa]

Timp de decenii, oamenii de știință au speculat că sistemul Pământ-Lună s-a format în urma unei coliziuni masive (Ipoteza Impactului Gigant) între un corp de mărimea lui Marte (denumit Theia) și Pământ, în urmă cu aproximativ 4,4 miliarde de ani.

Această teorie este susținută de analizele rocilor lunare returnate de astronauții misiunii Apollo, care au condus la ideea unei planete sărace în carbon. Cu toate acestea, descoperiri recente au venit să conteste acest consens pe baza observării fluxurilor globale de ioni de carbon pe Lună, care sugerează prezența carbonului autohton.

Aceste observații sunt în concordanță cu analiza unuia dintre eșantioanele provenite de la Apollo 17, care a arătat prezența grafitului. Pentru studiul lor, echipa a efectuat o analiză spectroscopică a unei mostre de sol lunar în formă de măsline (măsurând aproximativ 2,9 mm pe 1,6 mm) recuperată de misiunea Chang’e 5 în anul 2020.

Aceasta a fost cea de-a treia misiune robotică a Chinei care a ajuns pe suprafața lunară și prima probă care a fost adusă de pe Lună. Din mostrele obținute, aceștia au descoperit un compus din fier într-o secțiune bogată în carbon a eșantionului, care este strâns legat de formarea grafenului.

În urma unei analize suplimentare cu ajutorul unor tehnologii avansate de microscopie și de cartografiere, aceștia au confirmat că carbonul din eșantion era reprezentat de fulgi de grafen cu o grosime de două până la șapte straturi.

Cum a ajuns grafenul pe Lună?

În ceea ce privește modul în care a ajuns acolo, echipa de cercetare a sugerat că grafenul s-ar fi putut forma în timpul unei perioade de activitate vulcanică la începutul istoriei Lunii, când aceasta era încă activă din punct de vedere geologic.

De asemenea, ipoteza lor este că grafenul a fost catalizat de vânturile solare care au ridicat regolitul lunar și mineralele sale care conțin fier, care ar fi putut contribui la transformarea structurii atomice a carbonului.

De asemenea, cercetătorii iau în considerare posibilitatea impactului meteoriților, despre care se știe că creează medii cu temperaturi și presiuni ridicate, similare activității vulcanice.

După cum afirmă oamenii de ştiinţă în lucrarea lor: „Grafenul este încorporat sub formă de fulgi individuali sau format ca parte a unui înveliș de carbon care înconjoară particulele minerale. Rezultatul nostru dezvăluie o structură tipică a carbonului indigen din Lună și a fost propus mecanismul său de formare. Această descoperire poate reinventa înțelegerea componentelor chimice, a episoadelor geografice și a istoriei Lunii.”

Aceste constatări ar putea avea, de asemenea, un impact enorm asupra cercetării de aici, de pe Pământ, unde grafenul este analizat pentru aplicații care variază de la electronică și mecanică la știința materialelor.

După cum indică cercetătorii în lucrarea lor, acest studiu ar putea conduce la noi metode de producere necostisitoare a materialului și ar putea oferi oportunități suplimentare pentru explorarea Lunii:

„Identificarea grafenului în structura nucleu-înveliş sugerează un proces de sinteză ascendentă, mai degrabă decât exfolierea, care implică în general o reacție catalitică la temperatură ridicată. Prin urmare, se propune aici un mecanism de formare a grafenului cu câteva straturi și a carbonului grafitic.

La rândul său, formarea catalizată de minerale a grafenului natural pune în lumină dezvoltarea de tehnici de sinteză scalabile cu costuri reduse pentru grafen de înaltă calitate. Prin urmare, poate fi promovat un nou program de explorare lunară și se pot aștepta unele descoperiri viitoare.”^[sursa]

Aceste descoperiri s-ar putea dovedi utile și pentru viitoarele misiuni care vor duce la dezvoltarea unei infrastructuri permanente pe suprafața lunară. Printre acestea se numără Programul Artemis al NASA, care își propune să creeze un „program susținut de explorare și dezvoltare lunară”.

Există, de asemenea, inițiativa „Moon Village” a ESA și planul Chinei și al Rusiei pentru o Stație Internațională de Cercetare Lunară (ILRS). În plus față de explorare și cercetare științifică, aceste programe ar putea efectua experimente privind proprietățile și utilizările grafenului, care ar putea include fabricarea de habitate lunare.