Chinos descubren copos de grafeno en la Luna

En 2004, los científicos de la Universidad de Manchester aislaron e investigaron por primera vez el grafeno, el supermaterial compuesto de átomos de carbono de una sola capa dispuestos en una red hexagonal de panal. Desde entonces, se ha convertido en una maravilla, con propiedades que lo hacen extremadamente útil en numerosas aplicaciones. Entre los científicos, generalmente se cree que alrededor del 1,9% del carbono en el medio interestelar (ISM) existe en forma de grafeno, con su forma y estructura determinadas por el proceso de su formación.

Resulta que podría haber mucho de este supermaterial en la superficie de la Luna. En un estudio reciente, investigadores de la Academia China de Ciencias (CAS) revelaron grafeno formado naturalmente dispuesto en una estructura especial de capas delgadas en la Luna. Estos hallazgos podrían tener implicaciones drásticas para nuestra comprensión de cómo se formó la Luna y conducir a nuevos métodos para la fabricación de grafeno, con aplicaciones que van desde la electrónica, el almacenamiento de energía, la construcción y los supermateriales. También podrían resultar útiles para futuras misiones que crearán infraestructura permanente en la superficie lunar.

El equipo estuvo dirigido por los profesores Wei Zhang y Meng Zou del Laboratorio Clave de Ingeniería Biónica y el Laboratorio Clave de Cooperación Internacional Provincial de Jilin de Materiales de Energía Limpia de Alta Eficiencia en la Universidad de Jilin, el ingeniero superior de la Universidad de Jilin Xiujuan Li y Wencai Ren del Instituto de Investigación de Metales de la CAS (CAS-ISM). A ellos se unieron colegas de varios Laboratorios Clave de la Universidad de Jilin, el CAS-ISM, el Laboratorio de Exploración del Espacio Profundo y el Centro de Exploración Lunar e Ingeniería Espacial. El artículo que describe sus hallazgos apareció en la National Science Review.

Durante décadas, los científicos han especulado que el sistema Tierra-Luna se formó a partir de una colisión masiva -la Hipótesis del Impacto Gigante- entre un cuerpo del tamaño de Marte (Theia) y la Tierra hace aproximadamente 4.400 millones de años. Esta teoría está respaldada por análisis de las rocas lunares traídas por los astronautas del Apolo, que llevaron a la noción de un sistema con carbono reducido. Sin embargo, hallazgos recientes han llegado a desafiar este consenso basado en la observación de flujos globales de iones de carbono en la Luna, que sugieren la presencia de carbono autóctono.

Estas observaciones son consistentes con el análisis de una de las muestras del Apolo 17 que mostró la presencia de grafito. Para su estudio, el equipo realizó un análisis espectroscópico de una muestra en forma de oliva de suelo lunar (que mide aproximadamente 2,9 mm por 1,6 mm) recuperada por la misión Chang’e 5 en 2020. Esta fue la tercera misión robótica de China en llegar a la superficie lunar y su primera muestra de retorno desde la Luna. A partir de los espectros que obtuvieron, encontraron un compuesto de hierro en una sección rica en carbono de la muestra que está estrechamente relacionado con la formación de grafeno.

Tras un análisis más profundo utilizando tecnologías avanzadas de microscopía y mapeo, confirmaron que el carbono en la muestra eran copos de grafeno de dos a siete capas de espesor. En términos de cómo llegó allí, el equipo propuso que el grafeno puede haberse formado durante un período de actividad volcánica al principio de la historia de la Luna, cuando todavía estaba geológicamente activa. Además, plantean la hipótesis de que el grafeno fue catalizado por los vientos solares que levantaron el regolito lunar y sus minerales que contienen hierro, lo que podría haber ayudado a transformar la estructura atómica del carbono.

También admiten la posibilidad de impactos de meteoritos, que también se sabe que crean entornos de alta temperatura y alta presión similares a la actividad volcánica. Como afirman en su artículo:

“El grafeno está incrustado en escamas individuales o se forma como parte de una capa de carbono que encierra las partículas minerales. Nuestro resultado revela una estructura típica del carbono autóctono en la Luna y se ha propuesto su mecanismo de formación. Este hallazgo puede reinventar la comprensión de los componentes químicos, los episodios geográficos y la historia de la Luna”.

Estos hallazgos también podrían tener un tremendo impacto en la investigación aquí en la Tierra, donde se está investigando el grafeno para aplicaciones que van desde la electrónica y la mecánica hasta la ciencia de los materiales. Como indican en su estudio, este estudio podría conducir a nuevos métodos para producir el material de forma económica y ofrecer oportunidades adicionales para la exploración lunar:

“La identificación del grafeno en la estructura núcleo-capa sugiere un proceso de síntesis de abajo hacia arriba en lugar de exfoliación, que generalmente implica una reacción catalítica de alta temperatura. Por lo tanto, aquí se propone un mecanismo de formación de grafeno de pocas capas y carbono grafítico…

“A su vez, la formación de grafeno natural catalizada por minerales arroja luz sobre el desarrollo de técnicas de síntesis escalables de bajo costo para grafeno de alta calidad. Por lo tanto, se puede promover un nuevo programa de exploración lunar y se pueden esperar algunos avances futuros”.

Estos hallazgos también podrían resultar útiles para futuras misiones que conducirán al desarrollo de infraestructura permanente en la superficie lunar. Esto incluye el Programa Artemis de la NASA, que tiene como objetivo crear un “programa sostenido de exploración y desarrollo lunar”. También está la iniciativa Moon Village de la ESA y el plan de China y Rusia para una Estación Internacional de Investigación Lunar (ILRS). Además de la exploración y la investigación científica, estos programas podrían realizar experimentos sobre las propiedades y usos del grafeno, lo que podría incluir la fabricación de hábitats lunares.

Con información de UniverseToday.com