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突破性发展Nature此文一出石墨烯秒变白菜价

放大字体  缩小字体 2020-01-31 22:21:34 作者:责任编辑NO。姜敏0568

最薄、最轻、最强、最硬、极佳的导电导热功能,让石墨烯取得了“新资料之王”的称谓!但有个缺点便是“贵”!

现在的石墨烯的组成有两条途径。(1)大多数石墨烯的制备办法都是自上而下的,通过剥离石墨,往往需求很多的溶剂以及高能混合、剪切、超声波和电化学处理。为了促进剥离,将石墨烯进行化学氧化,变成氧化石墨烯,之后对其复原取得剥离的石墨烯。这一进程往往需求严苛的氧化剂,而且通过这一办法取得的石墨烯往往具有缺点。(2)自下而上组成石墨烯:比方选用化学气相堆积或先进的有机组成办法,这一办法组成的石墨烯质量高,缺点少,可是产率低。

美国莱斯大学James M. Tour、Boris I. Yakobson和C-Crete科技公司的Rouzbeh Shahsavari协作,通过廉价的焦耳热闪蒸技能(flash Joule heating,FJH)可以将任何来历的碳,不管是石油焦碳、煤炭、碳黑、食物废弃物、橡胶轮胎仍是塑料废物,通通在不到100毫秒的时刻内变成石墨烯,并完成克级制备!相关论文以“Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis”为题,于2020年1月27日宣布在《Nature》上,榜首作者为:Duy X. Luong。同一时刻《Science》杂志宣布了标题为《电力:将废物转变为石墨烯!》(Electricity turns garbage into graphene)的报导。

如图1(a)所示非晶态导电碳粉在两个电极之间细微紧缩,放入石英或陶瓷管内,气压维持在大气压或许弱小的真空下(~10mm Hg)。电极资料可以是铜、石墨或任何导电耐火的资料。电容器组高压放电使碳源在不到100毫秒的时刻内到达3000 K以上的温度,有效地将非晶碳转化为涡轮堆叠的石墨烯。研究人员将焦耳热闪蒸技能取得的石墨烯命名为Flash graphene (FG,闪蒸石墨烯),层层堆叠的闪蒸石墨烯表现出涡轮层堆叠。FG的组成不运用熔炉,不需求溶剂、反响气体。产值取决于碳源的碳含量。当运用高碳含量碳源时,如炭黑、无烟煤或焦炭,FG产率在80%-90%之间,碳纯度大于99%,无需净化过程。拉曼光谱分析显现FG的D带强度低乃至没有,标明FG是迄今为止报导的缺点最少的石墨烯资料之一,一起FG的涡轮层状堆积,这与涡轮层石墨有着显着差异。这种无序取向有利于其在复合进程中快速剥离。每克FG组成所需的电能本钱仅为7.2千焦耳(小编进行大略的核算:1度电=1千瓦时=1000W*3600S=3600千焦耳,大略预算一度电能组成500g石墨烯,依照一度电5毛3来算,也便是说未来一公斤石墨烯电力本钱低至1.06元……未来石墨烯或许比白菜还廉价),该办法取得的石墨烯本钱低价,低到可以和塑料、金属、胶合板、混凝土和其他建筑资料进行复合,大范围的运用在复合资料。

图1.通过不同碳源组成FG。(a)闪速焦耳加热工艺示意图,以及闪蒸进程中的温升与时刻的联系图(插图);(b)咖啡作为碳源的FG的HR-TEM相片;(e)不同碳源组成的FG的拉曼、XRD、TEM相片

早在2014年James M. Tour选用激光诱导碳黑转化为石墨烯,时间短的脉冲将碳黑加热到3000 K以上,使得碳原子间键开裂,跟着碳原子的电子云冷却,构成最安稳的结构即石墨烯。已然激光可以,那么热呢?Tour的研究生Duy X. Luong想象是否可以终究靠加热碳源来出产石墨烯?起先他在一个通明的玻璃瓶中放了一点炭黑,用400V的电压炮击了大约200毫秒,但是并没有成功。但通过一系列调整,他成功地创造出亮堂、黄白的色亮光,标明小瓶内的温度到达了3000K,经化学测验标明他成功的组成了石墨烯。

美国德克萨斯大学达拉斯分校Ray Baughman院士点评:这项作业不管从科学,仍是从实践的视点动身都是开创性的!有望使石墨烯廉价到可以用于增强沥青或油漆的质量!Tour团队成立了一家名为Universal Matter的草创公司,将此工艺进行商业化。测验在混凝土中增加0.05 vol%石墨烯,混凝土的抗压强度提高25%。在PDMS中增加该产品,强度可以提高250%。根据这一效果,石墨烯本钱将大幅下降,激起研究人员将石墨烯与其他资料复合。有望推进石墨烯真实走向使用!Duy X. Luong弥补说:咖啡渣,食物残渣,旧轮胎和塑料瓶,都可以汽化来制作质料,咱们正在将废物转化为石墨烯。

全文链接:

https://www.sciencemag.org/news/2020/01/electricity-turns-garbage-graphene

来历:高分子科学前沿 作者:钱塘river

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