Forschung an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften
Ein Team von Forschern am Institut für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat nun eine bemerkenswerte Entdeckung in diesen Mondproben gemacht – natürlicher Graphen. Dieses Material weist eine zweidimensionale Struktur auf und besteht aus nur einem Atom dicken Kohlenstoffschichten. Graphen sorgt seit Jahren für Aufregung – seine elektronischen und mechanischen Eigenschaften sind äußerst nützlich.
Graphenherstellung im Labor und in der Natur
In der Regel wird Graphen im Labor hergestellt. Manchmal geschieht dies durch das Abscheiden dünner Kohlenstoffschichten auf Substrate oder – was viele vielleicht nicht wissen – durch das Abziehen von Graphitklumpen mit Klebstoff. Diese neue Entdeckung zeigt jedoch, dass natürliches Graphen auch außerhalb unseres Planeten vorkommt – in interstellarer Materie, Meteoriten, Minen und jetzt sogar auf dem Mond.
Ergebnisse der Raman-Spektrometrie-Analyse
Die Forscher aus dem neuen Studienprojekt verwendeten Raman-Spektrometrie zur Analyse einer kleinen Mondprobe, die von Chang’e 5 zurückgebracht wurde – sie maß etwa 2,9 x 1,6 mm. Das Team entdeckte mehrere Stellen mit hohem Kohlenstoffgehalt. Diese Stellen schienen in Form von Graphit vorzuliegen. Da Graphen im Wesentlichen aus sehr dünnen Graphitschichten besteht, überprüften die Wissenschaftler die Probe unter höherer Vergrößerung.
Überraschende Entdeckung in der Mondprobe
Und tatsächlich – einige der Kohlenstoffe lagen in Form von Graphen vor. Einige bestanden aus Flocken, die zwischen zwei und sieben Schichten dick waren, während andere Teil einer Kohlenstoffhülle waren, die andere Minerale umgab. Diese Beobachtungen lassen darauf schließen – so das Team – dass das Graphen nicht einfach vom Graphit abgezogen wurde. Wahrscheinlicher ist es, dass es durch einen anderen Prozess entstand, der hohe Temperaturen erforderte.
Einfluss von Eisenverbindungen auf die Graphenbildung
Eine genauere Untersuchung offenbarte, dass Eisenverbindungen nur in den Bereichen mit hohem Kohlenstoffgehalt nachgewiesen wurden. Das deutet darauf hin, dass diese Verbindungen die Bildung von Graphit und Graphen fördern können. Die Forscheräußerten sich – möglicherweise hätte die Wärme von vulkanischer Aktivität, die in der frühen Ära des Mondes stattfand, eine Rolle gespielt. Eine weitere Hypothese ist, dass eisenhaltige Minerale im lunaren Boden Kohlenstoff aus den Gasen des Sonnenwinds aufnahmen und durch heiße Plasmaströmungen, die auf der Mondoberfläche entstehen können, in Graphen umgewandelt wurden.
Zukunft der Graphenforschung und Mondexploration
Obwohl es nicht genug Graphen auf dem Mond gibt, um für zukünftige Astronauten nützlich zu sein, sehen die Forscher wertvolle Lektionen in dieser Entdeckung. Das Verständnis, wie sich Graphen auf natürliche Weise bilden könnte, könnte unsere eigenen künstlichen Herstellungsprozesse verbessern.
In ihrer Zusammenfassung stellten die Wissenschaftler fest – „Die mineralisch katalysierte Bildung von natürlichem Graphen gibt uns Aufschluss über die Entwicklung kostengünstiger und skalierbarer Synthesetechniken für hochqualitatives Graphen.“ Aus diesem Grund könnte ein neues Mondexplorationsprogramm angeregt werden, und wir dürfen in naher Zukunft mit faszinierenden Durchbrüchen rechnen.
Quelle: Wei Zhang, Qing Liang, Xiujuan Li, Lai-Peng Ma, Xinyang Li, Zhenzhen Zhao, Rui Zhang, Hongtao Cao, Zizhun Wang, Wenwen Li, Yanni Wang, Meiqi Liu, Nailin Yue, Hongyan Liu, Zhenyu Hu, Li Liu, Qiang Zhou, Fangfei Li, Weitao Zheng, Wencai Ren, Meng Zou, Discovery of natural few-layer graphene on the Moon, National Science Review, 2024;, nwae211. DOI: https://doi.org/10.1093/nsr/nwae211