设为首页
收藏本站
 集团新闻
 新闻综述
 公告
 媒体评论
 首页>>新闻中心>>新闻综述
莱斯大学《Nature》:垃圾瞬间变成石墨烯
出处:高分子科技  录入日期:2020-02-10  点击数:484

  近日,美国莱斯大学研究人员在《自然》上报道,他们通过将垃圾的碳基材料转化为石墨烯的工艺,找到了在不到一秒钟的时间里就可以将此“变废为宝”的方法。这得益于一种将碳基材料转化为石墨烯的闪蒸加热工艺方法。碳基材料,指任何具有碳含量的材料,比如食物垃圾、塑料垃圾、石油焦炭、煤炭、木材屑、废橡胶轮胎和生物炭等等。目前石墨烯的商业价格为每吨67,000至200,000美元,从此就不难看出这种工艺的前景看起来非常好。
  这种石墨烯的闪蒸加热制造工艺方法的关键是温度和时间。在这项研究中,科学家通过将碳基材料加热到3000K开氏温度(约为2726摄氏度),在短短10毫秒内的闪蒸过程里就可以生成石墨烯薄片,所以科学家们称之为“闪速石墨烯”(flashgraphene)。这种“闪速石墨烯”技术既快速又便宜,能够将一吨煤、食物残渣或塑料转化为石墨烯,而成本仅为其他批量石墨烯生产方法所用成本的一极小部分。

 


  这种闪蒸加热过程几乎不会耗费多余的热量,几乎将其所有能量都转移到目标中。这比以前用来制造石墨烯的化学气相沉积炉效率高出近三倍。在闪蒸过程中,热量集中在碳材料中,而周围的反应器中则没有热量。所有多余的能量都以光,非常明亮的闪光形式散发出来,并且因为没有任何溶剂,所以这是一个超级清洁的过程。
  将材料放在两个电极之间,并用短脉冲发射加热材料,同时破坏其化学键。从而使非碳元素消失,而其余碳原子转化为石墨烯。这从本质上加快了碳演化成石墨基态的缓慢的转化过程。由于热尖峰而大大加速,材料在石墨烯阶段的适当时刻停止了。

  这一研究成果将对环境产生重大的积极影响,仅向混凝土中添加0.02%的闪光石墨烯可以使其强度提高35%。在保持相同水平的结构完整性的同时,可以使用更少的混凝土。据统计,水泥生产每年排放的二氧化碳量高达人造二氧化碳的百分之八。
  通过用石墨烯增强混凝土,可以减少建筑用混凝土的数量,从而降低制造成本和运输成本。这项技术本质上是在捕获二氧化碳和甲烷之类的温室气体,将这些碳转化为石墨烯,并将该石墨烯添加到混凝土中,从而减少混凝土生产中产生的二氧化碳量。所以是一种双赢的极为理想的环境方案。

 


  这一研究成果还为煤炭提供了一种新用途,无需燃烧它,利用原本可以填埋的材料,可以转化本来可以分解的生物质,可以使用今天所用的昂贵材料减少,而所有这些将减少我们的碳足迹并降低温室气体排放。
  该工艺生产出的所谓“湍流型”石墨烯,其错层易于分离,与更常见的A-B堆叠石墨烯相比,它更易于分离和与材料结合。通过其他工艺(例如石墨剥落)制成的A-B堆叠石墨烯很难拉开。由于“湍流型”石墨烯层间的粘合力要低得多,所以层状石墨烯更容易加工。闪速石墨烯可能会成为未来的主要市场,该研究团队已在测试使用石墨烯增强的混凝土和塑料,希望在两年内扩大规模每天制造更多的闪速石墨烯。
  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-1938-0 
  来源:高分子科技

友情链接: 国际石墨烯产品认证中心IG...   西安丝路石墨烯创新中心   青岛国际石墨烯创新中心   石墨烯产业技术创新战略联盟   高校材料院长联谊会  

版权所有:北京现代华清材料科技发展中心 Copyright ©2019 

京ICP备10026874号-16  京公网安备 11010802023401