材料科学与工程

2024-07-14 16:36北京

嫦娥六号带回月球样本，中国首次发现月球土壤中的石墨烯，预示月球上可能存在石墨烯资源。石墨烯作为关键材料，在电池、芯片等领域有重要应用，对未来研究具有激励意义。

人们对所有未知的领域总是充满了探索的欲望，总想了解其他星球的情况，例如它们是否适宜人类居住，是否有像地球那样的昼夜更替。或者某些星球可能缺少水和土壤等对人类至关重要的资源，这样的星球自然不适宜居住。

随着嫦娥六号成功着陆，公众对月球的好奇心再度被激发。据报道，嫦娥六号此次成功将超过两公斤的月球样本带回地球，并已于6月29日安全交给科研团队进行分析研究。

事实上，这不是中国首次从月球带回样本。在此之前，嫦娥五号任务中，我们同样成功带回了月球样本，并从中发掘出一些关键性的物质。这是因为月球的土壤与地球的土壤存在明显差异，这也是为何世界各国纷纷制定探月计划，虽然并非每个国家都能成功执行。

有些国家选择与其他国家合作共同执行探月计划，而有些国家则有能力独立完成。

根据嫦娥五号带回样本的最新研究，发现了石墨烯的存在。那么，月球土壤中发现石墨烯意味着什么呢？

在月球土壤中检测到石墨烯表明可能在月球上存在大量或少量的石墨烯资源，如果持续探索，可能会发现更多。地球的资源并非无限，每一次新发现都是对未来研究的激励，而其他国家肯定会对此感到羡慕。

值得一提的是，中国是全球首个在月球土壤中发现石墨烯的国家，这一发现具有重要的研究价值和意义。

那么，石墨烯是一种怎样的材料呢？

石墨烯是目前世界上已知最薄、最强、导电导热性能最高的一种新型纳米材料。它的发展前景被很多新材料科学家看好，因此被称为“黑金”。石墨烯是单层石墨片，把单层石墨片堆叠起来，叠到足够厚就可以得到石墨。把石墨一层一层地剥下来，剥出来的单层就是石墨烯。它是一种百分百纯净的碳材料，是具有代表性的二维（平面）材料。石墨烯曾一度被认定是一种假设性的结构，无法单独稳定存在，因为没有三维立体结构。现时科学家怀疑，这种结构可能在月球上有。

2004年英国曼彻斯特大学物理学家盖姆和洪沃肖格夫领导的团队首次成功利用微机械剥离法从石墨中分离得到石墨烯，颠覆了物理学界“二维原子晶体不可能在有限温度下稳定存在”的传统思维模式。他们也因此在2010年获得诺贝尔物理学奖。

如上所述，石墨烯是世界上目前已知最薄最硬而且导电性最好的纳米材料。它几乎完全透明，具有很大的应用前景，包括储能、医疗、电子等各个领域，更适合用于高频电路，因此有希望成为硅（或矽）的替代品，进而提升未来计算机的运行速度，减少能耗。在人工智能和大数据运算方面，石墨烯是突破性的发现，因为大幅度减少耗电量。

根据南开大学物理科学研究院教授蔡卫的说法，对石墨烯的研究集中在三个方面。一是石墨烯及其复合材料的制备及其性能研究，二是基于石墨烯的基础物理研究，例如量子物理和极化激元物理等，三是石墨烯光电子器件及其应用。举一简单例子，4年前华为发布的国内首款5G平板华为MatePadPro5G，搭载了超厚3D石墨烯散热技术，总厚度达到400微米。笔者现在同时使用3款手机，其中之一正是这部华为手机，估计不少华为用户也正在使用。

此  外，石墨烯的应用领域非常广泛。在电池制造领域，石墨烯能够提升电池的充电速度和容量。在电子设备方面，石墨烯可用于制造更小、更快、更节能的芯片。

当前，全球各国都非常重视芯片技术。因此，随着石墨烯在芯片研发方面的应用，开辟了更广阔的可能性。

综上所述，在月球土壤中发现石墨烯预示着可能还有更多石墨烯资源等待开发，而石墨烯作为一种关键材料，在多个领域都展现出了其重要性。如果能够带回到地球，将会是颠覆性的新质生产力。经济学理论：生产力有六种，资源是其中之一。新材料和新能源是构成高质量资源的重要环节，也就是新质生产力之一。20年前，中国正式开展月球探测工程，分为无人月球探测、载人登月和建立月球基地三个阶段。估计到2030年（或之前），中国将会实现载人登月，到时看能否探测到石墨烯带回地球。