作者:James Tour 来源:《自然》 发布时间:2020/2/5 19:00:52
选择字号:
新技术使垃圾化身石墨烯

 

近日,美国莱斯大学的研究人员在《自然》上报道,他们可以将从食物残渣到汽车旧轮胎的任何含碳固体转化成石墨烯。如今,从高强度塑料到柔性电子产品,由石墨烯制成的材料使用范围十分广泛。现有技术只能生产极少量的“完美”石墨烯,而在实验室里,这种新方法已经可以每天生产出几克近乎原始的石墨烯,研究人员现在正在扩大其产能至每天数公斤。
 
“无论从科学角度还是实践角度而言,这项工作都是开创性的。”达拉斯得克萨斯大学化学家Ray Baughman说。研究人员成立了一家名为Universal Matter的新公司,欲将废弃物转化为石墨烯的这一过程商业化。
 
石墨烯的碳原子薄片像六角细铁丝网一样排列,其强度比钢高,导电、导热性能优于铜,可作为防止金属生锈的不透水屏障。但是,自2004年被发现以来,高质量石墨烯——无论单层还是多层——的工业规模制造和提纯一直价格不菲。对于制造发光二极管等小型器件来说,这不成问题,但对于大批量应用而言,则成本太高。而高产量的生产方法,如从大块矿物石墨中剥离石墨烯,则会产生多达50层的石墨烯片,这对大多数应用来说并不理想。
 
2014年,莱斯大学化学家James Tour和同事发现,可以用激光击破一种叫做炭黑的无定形碳,从而制造出一种只有几层厚的纯石墨烯。短暂的脉冲将碳加热到3000开尔文以上,使碳原子间的键断裂。当碳冷却后,它会聚合成最稳定的结构——石墨烯。但这种方法制备的石墨烯仍然很少,并且要消耗大量能量。
 
两年前,Tour的研究生Luong Xuan Duy注意到,其他研究者通过电击一种材料,制造出了金属纳米颗粒,同时产生了同样短暂的热冲击波。
 
“我想知道是否可以用它来加热碳源并产生石墨烯。”Duy说。
 
他在一个透明的玻璃瓶中放入一小块炭黑,并用400伏特的电压轰击了约200毫秒。一开始他得到了无用的东西,但稍作调整之后,他成功获得了一个明亮的黄白色闪光,这表明瓶内的温度达到3000开尔文左右。化学检测表明,他制备出了石墨烯。
 
这是一种理想的能够大批量使用的石墨烯。当碳原子凝聚形成石墨烯时,它们并未像在石墨中那样有规律地堆积,而是获得了一种涡轮态堆叠的石墨烯材料——石墨烯层以各种角度相互交错。“这是一件好事。”Duy说。当在水或其他溶剂中时,涡轮态堆叠的石墨烯的每一层都能与加入的任何复合材料相互作用。
 
“这将使它成为一种很好的应用材料。”埃克塞特大学材料物理学家Monica Craciun说。2018年,她和同事报告说,在混凝土中添加石墨烯使前者的抗压强度增加了1倍多。Tour团队看到了几乎相同的结果。当他们将由此产生的石墨烯按重量添加0.05%到混凝土中时,混泥土抗压强度提高了25%。将石墨烯加入聚二甲基硅氧烷(一种常见的塑料)中,后者强度提高了250%。
 
值得一提的是,这种石墨烯的原料便宜且丰富。几乎所有的有机物,包括咖啡渣、食物残渣、旧轮胎和塑料瓶,都可以用于制造这种材料。“我们正在把垃圾变成石墨烯。”Duy说。(来源:中国科学报 胡璇子)
 
 
 

 

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
主体工程即将开建,这俩国之重器要放大招 科学家首次精准编辑线粒体基因
美洲原住民早于欧洲人接触波利尼西亚人 实验室将迎来机器人研究员
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文