石墨烯非常有用，但很难生产——直到现在。
- 石墨烯是一种碳原子晶格，以铁丝网形式排列，这种结构使其在广泛的应用中非常有用。
- 然而，制造起来非常困难且昂贵。
- 这种新技术通过快速加热任何碳基材料（例如用过的咖啡渣或塑料废料）来降低成本和难度。
莱斯大学最近开发的技术正在将一个人的垃圾是另一个人的财富的想法发挥到极致。 香蕉皮、咖啡渣、一次性塑料容器、煤炭——所有这些以及更多正在变成最有价值的材料之一：石墨烯。 化学家 James Tour 和他的团队开发了一种快速工艺，可以将大量垃圾转化为石墨烯薄片。
“这是一件大事，”赖斯大学的图尔说 新闻稿. “世界扔掉了 30% 到 40% 的食物，因为它变质了，而塑料垃圾是全世界关注的问题。 我们已经证明，任何固体碳基物质，包括混合塑料废料和橡胶轮胎，都可以转化为石墨烯。”
石墨烯的渲染。来源：最大像素/公共领域
石墨烯的价值主要在于其令人难以置信的强度和广泛的工业应用。 这种材料由通过六个化学键相互连接的单层碳原子组成，形成一个类似于铁丝网的晶格。
由于石墨烯的高反应性和强度，它不仅在科学实验中非常有用，它还可以添加到各种其他材料中以提高其强度或使其更轻，例如混凝土或金属。 它是导电性最强的材料，因此非常适合用作 LED 或智能手机等的散热器。 它还可以用于电池技术、油漆、传感器等等——这种材料的应用实在太多了，仅在本文中就无法涵盖。
尽管它的实用性很高，但石墨烯还不是我们日常生活的一部分。 部分原因是因为它的成本过高。 石墨烯难以批量生产，“目前石墨烯的商业价格为每吨 67,000 至 200,000 美元，”Tour 说。 常见的技术包括剥离，其中石墨烯片从石墨中剥离，或化学气相沉积，其中甲烷（CH4）在铜基板存在下蒸发，该铜基板抓住甲烷的碳原子，将它们排列为石墨烯。
新技术被称为 闪光焦耳加热，更简单，更便宜，并且不依赖任何有害溶剂或化学添加剂。 简而言之，碳基材料在 2,760°C (5,000°F) 的高温下仅暴露 10 毫秒。 这会破坏输入材料中的每个化学键。 除了碳之外的所有原子都会变成气体，这些气体会在这个概念验证装置中逸出，但可以在工业应用中被捕获。 然而，碳会重新组装成石墨烯薄片。
更重要的是，这种技术产生了所谓的涡轮静压石墨烯。 其他工艺生产所谓的 AB 堆叠石墨烯，其中一张石墨烯中的一半原子位于另一张石墨烯的原子之上。 这导致两张纸之间的结合更紧密，使它们更难分开。 Turbostatic 石墨烯在薄片之间没有这样的顺序，因此它们更容易相互移除。
研究人员称之为“闪光石墨烯”的最明显用例是将这些石墨烯薄片用作混凝土中的一种成分。 “通过用石墨烯加固混凝土，”图尔说，“我们可以在建筑中使用更少的混凝土，制造成本和运输成本也更低。 从本质上讲，我们正在捕获温室气体，如二氧化碳和甲烷，这些垃圾食物会在垃圾填埋场排放。 我们正在将这些碳转化为石墨烯并将石墨烯添加到混凝土中，从而降低混凝土制造过程中产生的二氧化碳量。 这是使用石墨烯的双赢环境方案。”
混凝土是这种材料的主要应用，既经济又环保，但也存在许多其他材料。 随着这种批量生产石墨烯的方法和其他方法的成熟，我们可以希望看到一个越来越强大、更轻、更先进、对环境破坏性更小的材料和技术的未来。
