Carbon black powder turns into graphene in a burst of light and heat through a technique developed at Rice University. Flash graphene turns any carbon source into the valuable 2D material in 10 milliseconds.一项新的研究发现，石墨烯几乎可以在一瞬间用电杀死任何含有碳的物质，包括废弃的食物和塑料。石墨烯是由柔软透明的薄片组成，每一片薄片只有一个碳原子厚。它比钢强200倍，比纸轻，比铜更导电和导热。目前最常见的批量生产石墨烯的方法是去角质方法，它的工作原理有点像你给皮肤去角质的样子。然而，化学去角质需要大量的酸，而且非常昂贵，而使用声波或快速流动的液体去角质则会从通常超过20层厚的platelets of graphene中分离出来。科学家也可以通过将石墨烯从蒸汽中沉积到表面来生产石墨烯，但这种方法产生的石墨烯非常微量。这项研究的主要作者，休斯顿莱斯大学的物理学家Duy Xuan Luong，在实验一种叫做闪光焦耳加热（flash Joule heating）的技术的同时，提出了一种新的方法来制造石墨烯，之前的工作是用来制造金属纳米颗粒。通过使用电容器组用高压电轰击碳粉，并在不到100毫秒的时间内将其加热到2725摄氏度以上，他的团队生产出了低缺陷的高质量石墨烯。其研究成果在1月27日的《自然》杂志上进行了详细的介绍。这种新方法不需要熔炉、溶剂、反应气体或净化步骤。它也产生很少的多余热量，几乎所有的能量都被导入目标。除了碳，所有的元素都蒸发掉了。此外，这一过程还产生了所谓的“涡轮层”石墨烯，在这种情况下，片材的位置就像一堆杂乱无章、松散的卡片，而不是所谓的"A-B stacked" 石墨烯，在这种情况下，片材的排列就像一堆有序的卡片。涡轮层状石墨烯层的错位特性使其在悬浮于水或其他溶剂中时易于分离，而通过剥离技术形成的A-B stacked石墨烯层则难以分离。科学家们指出，他们可以从几乎任何含有碳的物质中提取闪光石墨烯，如废弃食品、塑料垃圾、木屑、橡胶轮胎、生物炭、煤炭和炼油产生的石油焦。他们甚至用咖啡渣制作闪光石墨烯。样品中碳含量越高，就越容易转化为石墨烯。总而言之，制造一克闪光石墨烯只需要7.2千焦耳的电能。科学家们希望在两年内每天生产一公斤闪光石墨烯，首先是美国能源部最近资助的一个项目，该项目旨在转化美国煤炭。
Photo: Jeff Fitlow/Rice University
In a flash, carbon black turns into graphene through a technique developed by Rice University scientists. The scalable process promises to quickly turn carbon from any source into bulk graphene. 研究人员希望闪光焦耳加热可以大大降低石墨烯的成本。休斯顿赖斯大学化学家、研究资深作者James Tour指出，目前石墨烯的商业价格从每吨67000美元到200000美元不等。相比之下，用他们的方法，目前生产的石墨烯“电耗为每吨100美元”，Luong说。研究人员说，制造闪光石墨烯的容易程度和成本表明，它可能在混凝土、塑料、金属、胶合板和其他建筑材料的大块复合材料中找到用途。例如，他们发现，在水泥中加入0.05%（按重量计）的闪光石墨烯，其抗压强度可提高约25%；在硅橡胶中加入0.1%（按重量计）的闪光石墨烯，其抗压强度可提高约250%。科学家们指出，水泥中石墨烯的浓度只要0.1%，就可以将建筑所需的水泥量减少30%，减少对环境的影响。需要知道的是，水泥工业每年向大气中增加5%的温室气体。研究人员成立了一家名为Universal Matter的创业公司，将他们的发现商业化。“我们正致力于扩大闪光石墨烯的生产和应用。”
