电力将垃圾变成石墨烯

科学通常不追随童话故事。但是Rumpelstiltskin，把稻草变成金子的神奇小鬼，会对最新的化学巫术印象深刻。赖斯大学的研究人员今天在《自然》杂志上报道说，他们几乎可以分解任何固体碳源，从食物残渣到旧汽车轮胎，然后将其转变为石墨烯-碳原子片，这些碳原子片在高强度塑料到柔性电子产品中得到广泛应用。当前的技术只能产生极少量的图片完美的石墨烯，或者多达几千个珍贵的石墨烯块。这种新方法已经在实验室中每天产生近乎原始的石墨烯克，研究人员现在将其放大到每天千克。

德克萨斯大学达拉斯分校的化学家Ray Baughman说：“这项工作从科学和实践的角度出发是开创性的”，因为它有望使石墨烯便宜到足以用于增强沥青或油漆的质量。“我希望我能想到这一点。”研究人员已经成立了一家新的初创公司Universal Matter，以将其废料转化为石墨烯的工艺进行商业化。

通过像原子弹一样排列的碳原子原子薄板，石墨烯比钢更坚固，比铜更好地传导电和热，并且可以充当不可渗透的屏障，防止金属生锈。但是自2004年发现以来，高质量的石墨烯(无论是单张还是几层堆叠的石墨烯)在工业规模上制造和纯化的成本仍然很高。对于制造诸如高速晶体管和高效发光二极管之类的小型设备而言，这不是问题。但是，当前的技术是通过从蒸气中沉积石墨烯来制造的，对于许多大批量应用而言，其成本太高。而更高的通量方法(例如从矿物石墨块中剥离石墨烯)会产生由多达50个石墨烯层组成的斑点，这对于大多数应用而言并不理想。

石墨烯有多种形式。可以使用一种称为化学气相沉积的方法来生长非常适合电子和光学的单张纸。但是它只产生极少量。对于大批量生产，公司通常使用一种称为液体剥离的技术。它们以大块的石墨开始，而石墨只是无数堆叠的石墨烯层。然后，他们使用酸和溶剂以及机械研磨来切成薄片。这种方法通常会产生微小的血小板，每个血小板都由20到50层石墨烯组成。

2014年，赖斯的化学家詹姆斯·图尔(James Tour)及其同事发现，可以用激光将一种称为碳黑的无定形碳形式打成一种纯石墨烯，每片只有几层厚。短暂的脉冲将碳加热到3000多个开尔文，使碳原子之间的键断裂。随着碳云的冷却，它聚结为可能的最稳定的结构，即石墨烯。但是这种方法仍然只能产生很小的质量，并且需要大量的精力。

两年前，Tour的一名研究生Luong Xuan Duy读到，其他研究人员通过用电对材料进行热封处理来制造金属纳米颗粒，并在成功的激光石墨烯方法背后产生了短暂的热冲击。Duy说：“我想知道我是否可以用它来加热碳源并生产石墨烯。”因此，他将一小撮炭黑放入透明的玻璃小瓶中，并用400伏特对其进行了大约200毫秒的拍打。最初他是垃圾。但是经过一番调整后，他设法产生了淡黄色的白色闪光，表明小瓶内的温度达到了约3000开尔文。化学测试显示他生产了石墨烯。

事实证明这是一种石墨烯，非常适合大量使用。随着碳原子凝结形成石墨烯，它们没有时间像在石墨中那样以规则的模式堆叠。结果就是一种被称为涡轮静压石墨烯的材料，石墨烯层彼此之间在所有角度上混杂在一起。“那是一件好事，” Duy说。当添加到水或其他溶剂中时，静压石墨烯保持悬浮而不结块，从而使材料的每个斑点都能与添加的任何复合物相互作用。

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