新技术使垃圾化身石墨烯_风闻

 来源：中科院官网 中国科学报 作者：文乐乐  2020-02-07

原文网址：http://www.cas.cn/kj/202002/t20200207_4733703.shtml

近日，美国莱斯大学研究人员在《自然》上报道，他们可以将从食物残渣到汽车旧轮胎的任何含碳固体转化成石墨烯。如今，从高强度塑料到柔性电子产品，由石墨烯制成的材料使用范围十分广泛。现有技术只能生产极少量的“完美”石墨烯，而在实验室里，这种新方法已经可以每天生产出几克近乎原始的石墨烯，研究人员现在正在扩大其产能至每天数公斤。

　　石墨烯的碳原子薄片像六角细铁丝网一样排列，其强度比钢高，导电、导热性能优于铜，可作为防止金属生锈的不透水屏障。但是，自2004年被发现以来，高质量石墨烯无论单层还是多层的工业规模制造和提纯都价格不菲。对于制造发光二极管等小型器件来说，这不成问题，但对于大批量应用而言，则成本太高。而高产量的生产方法，如从大块矿物石墨中剥离石墨烯，则会产生多达50层的石墨烯片，这对大多数应用来说并不理想。

　　2014年，莱斯大学化学家James Tour和同事发现，可以用激光击破一种叫做炭黑的无定形碳，从而制造出一种只有几层厚的纯石墨烯。短暂的脉冲将碳加热到3000开尔文以上，使碳原子间的键断裂。当碳冷却后，它会聚合成最稳定的结构——石墨烯。但这种方法制备的石墨烯仍然很少，并且要消耗大量能量。

　　两年前，Tour的研究生Luong Xuan Duy注意到，其他研究者通过电击一种材料，制造出了金属纳米颗粒，同时产生了同样短暂的热冲击波。

　　“我想知道是否可以用它来加热碳源并产生石墨烯。”Duy说。

　　他在一个透明的玻璃瓶中放入一小块炭黑，并用400伏特的电压轰击了约200毫秒。一开始他得到了无用的东西，但稍作调整之后，他成功获得了一个明亮的黄白色闪光，这表明瓶内的温度达到3000开尔文左右。化学检测表明，他制备出了石墨烯。

　　这是一种理想的能够大批量使用的石墨烯。当碳原子凝聚形成石墨烯时，它们并未像在石墨中那样有规律地堆积，而是成为一种涡轮态堆叠——石墨烯层以各种角度相互交错的石墨烯材料。当在水或其他溶剂中时，涡轮态堆叠的石墨烯的每一层都能与加入的任何复合材料相互作用。

图文无关