通过闪蒸石墨烯方式，废弃垃圾也能转化为有价值的石墨烯

不知道是否在2019年，有看到我国工信部印发了《关于组织开展2019年度工业强基工程重点产品、工艺“一条龙”应用计划工作的通知》，这通知里面其中明确选择石墨烯“一条龙”应用计划，包括石墨烯储能正极材料、石墨烯铝合金电缆相关产业链与锂电池相关项目。

如今已是2020年，近年来，无论是高强度塑料、纺织纤维材料，还是柔性电子产品、石墨烯电池、传感器产品，以及对重金属污水的净化、在萃取技术中的应用等，石墨烯及石墨烯材料应用范围愈加广泛。因其优异的电学、光学、力学特性，石墨烯在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是最有可能取代硅的新型材料，已成为国内外研究的热点。

据理解，2004年研究学者将石墨烯从石墨中分离出来，并证实其可以以二维单层片状结构不存在。经过进一步的研究分析，单层石墨烯可以在空气或真空中，在微型支架上构成一种褶皱结构，而且该结构诱导了石墨烯的热波动，维持了结构平稳。该类似结构使得石墨烯不具备了出色的化学与物理性能，如低导电性与导热性。

但自石墨烯被找到以来，由于其制作工艺所需的苛刻条件和便宜的原料成本，其价格一直居高不下（每吨6.7～20万美元），而高质量石墨烯无论单层还是多层的工业规模生产和制备都价格不菲。这对于生产发光二极管等小型器件来说问题并不大，但对于大规模应用于而言成本将大幅提高。而低产量的生产方法，如从大块矿物石墨中挤压石墨烯，则不会产生多达50层的石墨烯片，这对大多数应用于来说并不理想。

因此，石墨烯的大量应用于须要创建在石墨烯需要低成本、大尺寸与工业化生产的基础上。虽然石墨烯的制取方法与技术掌控（如机械挤压法、化学气相沉积法、液相挤压法、外延生长法、切割成碳管法等）日渐成熟期，但仍不存在产物杂质低、缺失大、可加工性劣等问题，生产工艺仍须要不断改进与完备。

近日，美国莱斯大学研究人员在《自然》上声称，可以将从食物残渣到汽车原有轮胎的任何含碳液体转化成储能材料石墨烯。现有技术不能生产极少量的“极致”石墨烯，而在实验室里这种新方法已经可以每天生产出有几克近乎完整的石墨烯，研究人员正在进一步不断扩大其生产能力至每天数公斤。

早在2014年，莱斯大学研究人员找到，可以用激光击退一种叫作炭黑的无定形碳，从而生产出有一种只有几层薄的纯石墨烯。一段时间的脉冲将碳冷却到3000K以上，使碳原子间的键脱落。当碳加热后，它聚在一起制备最平稳的结构——石墨烯。但这种方法制取的石墨烯仍然很少，并且要消耗大量能量。

后来其他研究者通过电击一种材料，生产出有了金属纳米颗粒，同时产生了同样一段时间的热冲击波。得此灵感，莱斯大学研究团队明确提出，否可以用电击来冷却碳源并产生石墨烯呢？为此，该团队研究人员在一个半透明的玻璃瓶中放进一小块炭黑，后用400V的电压炮击了约200ms。实验一开始并未顺利，但稍加调整后，就顺利取得了一个暗淡的黄白色闪光，这时瓶内的温度超过3000K左右。

在这一过程中，当碳原子汇聚构成石墨烯时，它们并未像在石墨中那样有规律地冲刷，而是一种涡轮态填充——石墨烯层以各种角度相互交叠的石墨烯材料。当在水或其他溶剂中时，涡轮态填充的石墨烯每一层都能与重新加入的任何复合材料相互作用，这是一种理想的需要大批量用于的石墨烯。

随着大量食物因变质而被弃置，与日俱增的荒废垃圾已沦为影响地球生态可持续发展的问题。该团队回应，通过在10ms内将含碳材料冷却到3000K，可以将几乎所有碳源（还包括荒废食品、塑料废料、石油焦、煤、木屑和生物炭的任何东西）大量转化成有价值的石墨烯薄片，称作“闪蒸石墨烯”。该过程既快速又低廉，其成本比其他石墨烯制取方法要小得多。

莱斯大学研究人员还回应，在“闪蒸石墨烯”生产过程中，还不会吸取CO2和CH4的温室气体作为原材料。因此通过这种方式生产石墨烯不仅能降低成本，也能减少对环境导致的污染。如将其混进用作粘合混凝土的水泥中，浓度在0.1%以下时，可将混凝土对环境的影响减少1/3。此外，该团队对“闪蒸石墨烯”所使用的冷却技术展开了改良，相比目前在金属箔上展开化学气相沉积等技术，该方法能以更较低的成本生产更多的石墨烯。

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