Az, amit a kínai kutatók a Hold túlsó oldaláról hoztak, a földi gyártáshoz csúcstechnológiás, vákuumkamrákkal, precíz hőmérséklet-szabályozással és speciális fémkatalizátorokkal – például nikkellel vagy kobalttal – felszerelt laboratóriumokat igényelne.
A holdi talajmintákban felfedezett egyfalú szén nanocsövek komoly fejtörést okoztak a kínai tudósoknak. A megoldás keresése azonban segített a kutatóknak abban, hogy újraértelmezzék a Föld kísérőjének bizonyos természeti folyamatait.
A Jilin Egyetem szakemberei a Hold túlsó oldaláról a Földre szállított talaj vizsgálata során ultravékony, egyfalú szén nanocsövekre bukkantak. A mintákat a Csang-o–6 (Chang’e-6) kínai űrszonda speciális eszköze gyűjtötte be, amely 2024 májusában indult útnak a Föld kísérőjéhez. A kínai tudósok elektronmikroszkóp segítségével tudták kiszúrni a szén nanocsöveket a holdi talajban.
Mi volt olyan meglepő a felfedezésben?
Eddig úgy gondolták, hogy ilyen szén nanocsöveket csak csúcstechnológiás laboratóriumokban lehet létrehozni. A helyzet ugyanis az, hogy ezeknek a mindössze egy atom vastagságú hengereknek a szerkezeti összetettsége miatt spontán természeti folyamatok során nem jöhetnek létre.
Az előállításukhoz csúcstechnológiára van szükség. Felfedezésükről a kínai szakemberek a neves Nano Letters folyóiratban tettek közzé egy bejegyzést, valamint interjút adtak a South China Morning Postnak.
Miről árulkodik ez a lelet?
Először is arról, hogy a természet bizonyos körülmények szerencsés együttállása esetén mégiscsak képes fejlett nanostruktúrákat létrehozni. Másodszor, ez megnyitja a lehetőséget arra, hogy különböző égitestek talajából olyan fejlett anyagokat nyerjünk ki, amelyek előállítása földi körülmények között bonyolult műszaki megoldásokat igényelne.
Mire jók a „holdi” nanocsövek?
Ezeket a szén nanocsöveket először az 1990-es években szintetizálták speciális laboratóriumokban. Létrehozásukhoz vákuumkamrákra, precíz hőmérséklet-szabályozásra és speciális fémkatalizátorokra – például nikkelre vagy kobaltra – volt szükség.
Nem puszta kísérletezgetés miatt gyártották őket. Ez az anyag valójában fokozott szilárdsággal és kiváló vezetőképességgel rendelkezik. Vagyis olyan tulajdonságokkal bír, amelyek létfontosságúak az érintőképernyők vagy a nagy hatékonyságú akkumulátorok számára.
A Holdon talált nanocsövek felvetették a kínai tudósokban a természetes keletkezésük kérdését. A nanocsövek létrejöttéhez vezető folyamatokon gondolkodva a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy kialakulásukat valószínűleg a mikrometeoritok becsapódása okozta intenzív hő, a vulkáni tevékenység és a napszél idézte elő.
„Konkrétan a CE-6 holdi mintákban talált egyfalú szén nanocsövek a holdfelszínen jöttek létre mikrometeoritok becsapódása és a korai vulkáni tevékenység során, egy katalízises folyamatban, ahol a vas (Fe) volt a katalizátor, valamint a napszél sugárzásának hatására” – magyarázták a tudósok.
A holdi nanocsöveket a mikrometeoritok okozta úgynevezett „becsapódási sebhelyek” körül fedezték fel. A kutatók szerint a képződési folyamat nagyjából a következő volt: a mikrometeoritok nagy sebességgel szó szerint átszaggatták a Hold felszínét. A becsapódáskor keletkező magas hőmérséklet és a napszél hatására a szén párologni kezdett, majd lehűlés közben reakcióba lépett a helyi vasrészecskékkel, amelyek katalizátorként működtek. Ennek eredményeként a szénatomok összefonódtak, és üregek helyett egyrétegű szén nanocsövek jöttek létre.
Tervek az űrbéli erőforrásokkal
A Földön természetes úton is keletkeznek szén nanocsövek, de ezek vastagsága sokkal nagyobb a holdiakénál. A földi nanocsöveket többrétegűnek nevezik, míg a Holdról hozottak egyrétegűek. Többrétegű szén nanocsövek a Földön a szén-, jég- és vulkáni hamuban fordulnak elő, és gyors lehűlés eredményeként jönnek létre. Az egyszerűbb, egyfalú változatokkal korábban nem találkoztak a természetben, kialakulásukhoz eddig emberi beavatkozásra volt szükség.
A holdi nanocsövek bizonyítják, hogy az extrém űrbéli környezetek természetes nanogyárként működhetnek.
A kínaiak tervei között a jövőbeli elektronika megalkotásához immár a holdi erőforrások felhasználása is szerepel. A kutatók állítása szerint ezen nanocsövek használata megkönnyíti majd a kínai holdbázis lakóinak a drága szenzorok és tápegységek előállítását. Más szóval, nem kell majd a Földről magukkal cipelniük mindenféle elektronikát és akkumulátort, hanem helyben fogják azokat legyártani. Az alapanyagot a holdi talaj biztosítja. A lényeg csak annyi, hogy tudják, hol kell ásni.
„A felfedezett szén és keletkezésének módja tisztázta a holdi talaj jövőbeni helyszíni alkalmazhatóságát, alapot teremtve a mélyűr kutatásához és a holdi erőforrások kiaknázásához” – írták a tanulmányban.
Az egyfalú szén nanocsövek és a holdi grafén felfedezése arról tanúskodik, hogy a Hold felszíne kémiailag sokkal aktívabb, mint azt korábban hitték.
Foglaljuk össze.
A tervek egy dolog, de annak megértése, hogyan állítja elő a természet maga ezeket az anyagokat zord, „piszkos” körülmények között, új ötleteket adhat a mérnököknek a Földön történő, olcsóbb gyártási módszerek kidolgozásához.
