石墨烯通常每吨售价200,000万美元。现在，科学家们可以用垃圾制造它。——Big Think

莱斯大学最近研发的一项技术将“一个人的垃圾是另一个人的宝贝”这一理念发挥到了极致。香蕉皮、咖啡渣、一次性塑料容器、煤炭——所有这些以及更多其他物品，都可以被转化为一种极其珍贵的材料：石墨烯。化学家詹姆斯·图尔和他的团队开发了一种快速工艺，可以将大量的废弃物转化为石墨烯薄片。

“这可是件大事，”图尔在莱斯大学说道。 新闻稿“全球每年有30%到40%的食物因为变质而被丢弃，而塑料垃圾也是一个全球性的问题。我们已经证明，任何固体碳基物质，包括混合塑料垃圾和废旧轮胎，都可以转化为石墨烯。”

石墨烯的渲染图。来源：Max Pixel / 公共领域

石墨烯的价值主要在于其惊人的强度和广泛的工业应用。这种材料由单层碳原子构成，这些碳原子通过六个化学键相互连接，形成类似鸡笼网的晶格结构。

石墨烯不仅因其高反应活性和强度而在科学实验中用途广泛，还可以添加到各种其他材料中以提高其强度或减轻其重量，例如混凝土或金属。它是导电性最好的材料，因此非常适合用作散热器，例如在LED或智能手机中。它还可以用于电池技术、涂料、传感器等等——这种材料的应用实在太多，仅凭这篇文章无法一一列举。

尽管石墨烯用途广泛，但它尚未融入我们的日常生活。部分原因是其成本高昂。石墨烯难以大规模生产，“目前石墨烯的商业价格为每吨67,000万美元至200,000万美元，”Tour说道。常用的制备方法包括剥离法，即将石墨烯薄片从石墨上剥离；以及化学气相沉积法，即将甲烷（CH4）在铜基底上汽化，铜基底会吸附甲烷中的碳原子，并将其排列成石墨烯。

这项新技术被称为 闪光焦耳加热这种方法更简单、更便宜，而且不依赖任何有害溶剂或化学添加剂。简而言之，只需将碳基材料暴露在 2,760°C (5,000°F) 的高温下 10 毫秒，即可破坏输入材料中的所有化学键。除碳原子外的所有原子都会变成气体，这些气体在这个概念验证装置中会逸散，但在工业应用中可以被捕获。而碳原子则会重新组装成石墨烯薄片。

此外，这种技术可以制备所谓的湍流石墨烯。其他工艺制备的是AB堆叠石墨烯，其中一层石墨烯的原子有一半位于另一层石墨烯的原子之上。这导致两层石墨烯之间的结合力更强，更难分离。湍流石墨烯的层间没有这种有序排列，因此更容易彼此分离。

研究人员称之为“闪速石墨烯”的材料最显而易见的用途是将其作为混凝土的成分。“通过石墨烯增强混凝土，”图尔说，“我们可以减少建筑用混凝土的数量，而且制造成本和运输成本也会降低。本质上，我们是在捕获原本会因食物垃圾填埋而排放的二氧化碳和甲烷等温室气体。我们将这些碳转化为石墨烯，并将石墨烯添加到混凝土中，从而降低混凝土生产过程中产生的二氧化碳量。这是一个利用石墨烯实现双赢环保的方案。”

混凝土是这种材料的主要应用领域之一，它既经济又环保，但除此之外还有许多其他应用。随着这种以及其他批量生产石墨烯的方法日趋成熟，我们可以期待未来出现强度更高、重量更轻、技术更先进、环境破坏性更小的材料和技术。