近日，美國(guó)萊斯大學(xué)研究人員在《自然》上報(bào)道，他們可以將從食物殘?jiān)狡嚺f輪胎的任何含碳固體轉(zhuǎn)化成石墨烯。如今，從高強(qiáng)度塑料到柔性電子產(chǎn)品，由石墨烯制成的材料使用范圍十分廣泛?，F(xiàn)有技術(shù)只能生產(chǎn)極少量的“完美”石墨烯，而在實(shí)驗(yàn)室里，這種新方法已經(jīng)可以每天生產(chǎn)出幾克近乎原始的石墨烯，研究人員現(xiàn)在正在擴(kuò)大其產(chǎn)能至每天數(shù)公斤。

石墨烯的碳原子薄片像六角細(xì)鐵絲網(wǎng)一樣排列，其強(qiáng)度比鋼高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)于銅，可作為防止金屬生銹的不透水屏障。但是，自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，高質(zhì)量石墨烯無(wú)論單層還是多層的工業(yè)規(guī)模制造和提純都價(jià)格不菲。對(duì)于制造發(fā)光二極管等小型器件來(lái)說(shuō)，這不成問(wèn)題，但對(duì)于大批量應(yīng)用而言，則成本太高。而高產(chǎn)量的生產(chǎn)方法，如從大塊礦物石墨中剝離石墨烯，則會(huì)產(chǎn)生多達(dá)50層的石墨烯片，這對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)并不理想。

2014年，萊斯大學(xué)化學(xué)家James Tour和同事發(fā)現(xiàn)，可以用激光擊破一種叫做炭黑的無(wú)定形碳，從而制造出一種只有幾層厚的純石墨烯。短暫的脈沖將碳加熱到3000開(kāi)爾文以上，使碳原子間的鍵斷裂。當(dāng)碳冷卻后，它會(huì)聚合成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)——石墨烯。但這種方法制備的石墨烯仍然很少，并且要消耗大量能量。

兩年前，Tour的研究生Luong Xuan Duy注意到，其他研究者通過(guò)電擊一種材料，制造出了金屬納米顆粒，同時(shí)產(chǎn)生了同樣短暫的熱沖擊波。

“我想知道是否可以用它來(lái)加熱碳源并產(chǎn)生石墨烯。”Duy說(shuō)。

他在一個(gè)透明的玻璃瓶中放入一小塊炭黑，并用400伏特的電壓轟擊了約200毫秒。一開(kāi)始他得到了無(wú)用的東西，但稍作調(diào)整之后，他成功獲得了一個(gè)明亮的黃白色閃光，這表明瓶?jī)?nèi)的溫度達(dá)到3000開(kāi)爾文左右。化學(xué)檢測(cè)表明，他制備出了石墨烯。

這是一種理想的能夠大批量使用的石墨烯。當(dāng)碳原子凝聚形成石墨烯時(shí)，它們并未像在石墨中那樣有規(guī)律地堆積，而是成為一種渦輪態(tài)堆疊——石墨烯層以各種角度相互交錯(cuò)的石墨烯材料。當(dāng)在水或其他溶劑中時(shí)，渦輪態(tài)堆疊的石墨烯的每一層都能與加入的任何復(fù)合材料相互作用。

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https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0

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