2004年，曼彻斯特大学的科学家首次分离并研究了石墨烯，一种由单层碳原子排列成六边形蜂窝晶格的超材料。从那时起，它就成为了一个奇迹，它的特性使它在许多应用中都非常有用。科学家普遍认为，星际介质（ISM）中约有1.9%的碳以石墨烯的形式存在，石墨烯的形状和结构由其形成过程决定。

碰巧的是，月球表面可能有很多这种超物质。在最近的一项研究中，中国科学院（CAS）的研究人员发现，月球上自然形成的石墨烯以一种特殊的薄层结构排列。这些发现可能会对我们了解月球的形成方式产生重大影响，并为石墨烯的制造带来新方法，其应用范围包括电子、电力存储、建筑和超级材料。它们对未来在月球表面建立永久性基础设施的任务也很有用。

该团队由吉林大学仿生工程重点实验室和吉林省高效清洁能源材料国际合作重点实验室的张伟、邹萌教授、吉林大学高级工程师李秀娟和中国科学院金属研究所的任文才领导。来自吉林大学多个重点实验室、中科院、深空探测实验室和月球探测与空间工程中心的同事也加入了他们的行列。描述他们发现的论文发表在《国家科学评论》上。

几十年来，科学家们一直推测地月系统是由大约44亿年前火星大小的天体（忒伊亚）与地球之间的一次大规模碰撞形成的 —— 这是巨大撞击假说。这一理论得到了对阿波罗号宇航员带回的月球岩石的分析的支持，这导致了碳耗尽的概念。然而，根据对月球上全球碳离子通量的观察，最近的发现对这一共识提出了挑战，这表明存在原生碳。

这些观察结果与对阿波罗17号样本的分析一致，该样本显示了石墨的存在。在他们的研究中，研究小组对2020年嫦娥五号任务采集的橄榄状月球土壤样本（直径约2.9毫米乘1.6毫米）进行了光谱分析。这是中国第三次登陆月球表面的机器人任务，也是首次从月球带回样本。从他们获得的光谱中，他们在样品的富碳部分发现了一种铁化合物，这种化合物与石墨烯的形成密切相关。

在使用先进的显微镜和绘图技术进行进一步分析后，他们确认样品中的碳是2到7层厚的石墨烯薄片。至于石墨烯是如何形成的，研究小组提出，石墨烯可能是在月球历史早期的火山活动时期形成的，当时月球的地质活动还很活跃。他们进一步假设，石墨烯是由太阳风催化的，太阳风将月球风化层及其含铁矿物掀起，这可能有助于改变碳的原子结构。

它们还考虑到了陨石撞击的可能性，众所周知，陨石撞击也会产生类似火山活动的高温高压环境。正如他们在论文中所说：

“石墨烯以单独的薄片形式嵌入，或者作为包裹矿物颗粒的碳壳的一部分形成。我们的结果揭示了月球原生碳的一种典型结构，并提出了其形成机制。这一发现可能会重塑人们对月球化学成分、地理事件和历史的理解。”

这些发现也可能对地球上的研究产生巨大影响，石墨烯正在被研究应用于从电子学、力学到材料科学的各个领域。正如他们在研究中指出的那样，这项研究可能会带来低成本生产这种材料的新方法，并为月球探测提供额外的机会：

“在核壳结构中对石墨烯的鉴定表明，这是一种自下而上的合成过程，而不是通常涉及高温催化反应的剥离过程。因此，本文提出了一种少层石墨烯和石墨碳的形成机理。

反过来，矿物催化天然石墨烯的形成，为开发低成本、可扩展的高质量石墨烯合成技术提供了线索。因此，可能会推动一项新的月球探测计划，并有望取得一些突破。”

这些发现也可能对未来的任务有用，这些任务将导致月球表面永久性基础设施的发展。其中包括美国宇航局的阿尔忒弥斯计划，该计划旨在创建一个“持续的月球探索和开发计划”。还有欧洲航天局的月球村计划，以及中国和俄罗斯的国际月球研究站计划。除了探索和科学研究之外，这些项目还可以对石墨烯的特性和用途进行实验，其中可能包括制造月球栖息地！

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