以后在月球上蓋房子，可能不用從地球背鋼筋了

吉林大學(xué)最近干了件挺有意思的事——他們?cè)阪隙鹆?hào)從月球背面帶回來的月壤里，找到了天然形成的單壁碳納米管。

這玩意兒在地球上得用上千度高溫、精密實(shí)驗(yàn)室設(shè)備才能造出來。而月球上，它自己就長成了。

一、碳納米管到底是啥玩意兒

碳納米管這東西，說起來其實(shí)沒那么玄乎，它就是一層石墨烯卷起來形成的圓筒。那個(gè)圓筒細(xì)到什么程度？直徑只有頭發(fā)絲的幾萬分之一，肉眼根本看不見。

要說它有多厲害，三組數(shù)字就夠了。

第一組數(shù)字是關(guān)于強(qiáng)度的：它的強(qiáng)度是鋼的一百倍，但密度只有鋼的六分之一。這個(gè)比例有點(diǎn)抽象，我給你換個(gè)說法——一根頭發(fā)絲那么細(xì)的碳納米管，理論上能吊起一輛小轎車。

第二組數(shù)字是關(guān)于導(dǎo)電的：它既可以像金屬那樣導(dǎo)電，也可以像半導(dǎo)體那樣工作，這完全取決于它卷起來的方式。這意味著它能當(dāng)納米級(jí)的電線用，也能當(dāng)納米級(jí)的芯片用，一材兩用。

第三組數(shù)字是關(guān)于它怎么來的：地球上第一次發(fā)現(xiàn)它是1991年，日本科學(xué)家用復(fù)雜的電弧放電設(shè)備才做出來，溫度要上千度。而月球上呢？它自己就悄無聲息地長出來了。

人類花了三十年才學(xué)會(huì)制造的東西，月球早就學(xué)會(huì)了，而且人家還沒用任何設(shè)備。

二、這玩意兒是怎么被發(fā)現(xiàn)的？又是怎么長出來的？

研究團(tuán)隊(duì)用的方法是透射電鏡加拉曼光譜，這是納米材料鑒定的標(biāo)準(zhǔn)組合拳。他們?cè)阪隙鹆?hào)帶回來的月壤顆粒里仔仔細(xì)細(xì)地找，最后找到了典型的管狀結(jié)構(gòu)，也測出了碳納米管獨(dú)有的振動(dòng)信號(hào)。

至于它是怎么長出來的，目前科學(xué)家們的主流推測是“隕石撞擊”。

月球表面沒有大氣保護(hù)，小石頭撞上來就是實(shí)打?qū)嵉挠矂偅查g產(chǎn)生幾千度的高溫、幾百萬個(gè)大氣壓的壓力。月壤里本身就有碳——有些來自隕石自己帶來的，有些來自太陽風(fēng)沒日沒夜地吹，被這一下子“烤”成了納米管的結(jié)構(gòu)。

說白了，月球本身就像個(gè)巨大的天然高壓反應(yīng)釜，天天被小石頭撞來撞去。我當(dāng)年學(xué)高壓物理的時(shí)候，可沒想過有一天能用上“隕石撞擊”這種天然反應(yīng)釜。

三、這發(fā)現(xiàn)最值錢的地方到底在哪兒

最值錢的不是“首次發(fā)現(xiàn)”這四個(gè)字，而是“就地取材”這四個(gè)字。

咱們現(xiàn)在天天喊著要建月球基地，最大的難題就是材料。從地球運(yùn)一磚一瓦上去，一公斤物資送到月球表面，運(yùn)費(fèi)是按萬美元算的，比黃金還貴。你總不能在月球上從零開始建鋼鐵廠吧？

但月壤里自帶碳納米管，這玩意兒摻一點(diǎn)點(diǎn)到混凝土里，就能讓混凝土的強(qiáng)度翻倍，重量減半。以后咱們?cè)谠虑蛏仙w房子，那堵墻可能就是“月壤加上月球自己長的納米管”糊出來的，完全不用從地球背鋼筋。

這還只是建材。碳納米管還能做太陽能電池、儲(chǔ)能設(shè)備、傳感器——未來月球基地的那些電路，說不定就是用月球自己長的納米管鋪的。

月球不再是只有石頭和沙子，它自己就是個(gè)納米工廠。這個(gè)認(rèn)知轉(zhuǎn)變挺重要的——它意味著我們看待月球的方式需要重新調(diào)整。

我年輕時(shí)做材料研究，最頭疼的就是原料都得從實(shí)驗(yàn)室里一點(diǎn)點(diǎn)造。現(xiàn)在好了，月球自己就是個(gè)納米工廠——這感覺挺奇妙的。

四、從“發(fā)現(xiàn)”到“用上”，還有三道坎要過

第一道坎是搞清楚月壤里到底有多少這東西。是遍地都是，還是就那么一小塊地方有？含量是萬分之一還是千分之一？這事兒沒搞清楚，別的都白搭。

第二道坎是怎么把它從土里挑出來。納米尺寸的東西，篩子篩不動(dòng)，磁鐵吸不走，得找到一種能耗低、效率高的分離方法。

第三道坎是能不能在月球上直接生產(chǎn)。如果咱們能搞明白月球自己長納米管的配方和條件，以后就不用從地球背了，直接在月球上用當(dāng)?shù)氐脑细懔慨a(chǎn)，那才是真正的“就地取材”。

這三道坎，十年內(nèi)能把第一道邁過去就不錯(cuò)了。但至少方向已經(jīng)明確了——月球不光是人類的下一個(gè)目的地，它還是個(gè)現(xiàn)成的、正在運(yùn)行的納米材料工廠。

說實(shí)話，我學(xué)物理那會(huì)兒，月球還只是掛在天上的大石頭。誰能想到三十多年后，我們不僅從那兒帶回了土，還在土里找到了這種高科技材料。從一個(gè)老學(xué)長的角度看，這比當(dāng)年學(xué)到的任何公式都讓人感慨。

你覺得呢？

P.S. 我是物理系老郭，54歲，持續(xù)為您輸出高質(zhì)量的物理學(xué)相關(guān)知識(shí)。如果您對(duì)哪方面感興趣，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言，我會(huì)為您寫一篇專題。