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2019年，我國工信部印發(fā)了《關(guān)于組織開展2019年度工業(yè)強(qiáng)基工程重點(diǎn)產(chǎn)品、工藝“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃工作的通知》，其中明確選擇石墨烯“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃，包括石墨烯儲(chǔ)能正極材料、石墨烯鋁合金電纜相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈與鋰電池相關(guān)項(xiàng)目。

近年來，無論是高強(qiáng)度塑料、紡織纖維材料，還是柔性電子產(chǎn)品、石墨烯電池、傳感器產(chǎn)品，以及對重金屬污水的凈化、在萃取技術(shù)中的應(yīng)用等，石墨烯及石墨烯材料應(yīng)用范圍愈加廣泛。因其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)特性，石墨烯在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是最有可能取代硅的新型材料，已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

據(jù)了解，2004年研究學(xué)者將石墨烯從石墨中分離出來，并證實(shí)其可以以二維單層片狀結(jié)構(gòu)存在。經(jīng)過進(jìn)一步的研究分析，單層石墨烯可以在空氣或真空中，在微型支架上形成一種褶皺結(jié)構(gòu)，而且該結(jié)構(gòu)抑制了石墨烯的熱漲落，保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。該特殊結(jié)構(gòu)使得石墨烯具備了優(yōu)異的化學(xué)與物理性能，如高導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性。

但自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，由于其制作工藝所需的嚴(yán)苛條件和昂貴的原料成本，其價(jià)格一直居高不下（每噸6.7～20萬美元），而高質(zhì)量石墨烯無論單層還是多層的工業(yè)規(guī)模制造和提純都價(jià)格不菲。這對于制造發(fā)光二極管等小型器件來說問題不大，但對于大規(guī)模應(yīng)用而言成本將大幅提高。而高產(chǎn)量的生產(chǎn)方法，如從大塊礦物石墨中剝離石墨烯，則會(huì)產(chǎn)生多達(dá)50層的石墨烯片，這對大多數(shù)應(yīng)用來說并不理想。

因此，石墨烯的大量應(yīng)用需建立在石墨烯能夠低成本、大尺寸與工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上。雖然石墨烯的制備方法與技術(shù)控制（如機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、液相剝離法、外延生長法、切割碳管法等）日漸成熟，但仍存在產(chǎn)物雜質(zhì)高、缺陷大、可加工性差等問題，生產(chǎn)工藝仍需不斷改進(jìn)與完善。

近日，美國萊斯大學(xué)研究人員在《自然》上宣稱，可以將從食物殘?jiān)狡嚺f輪胎的任何含碳固體轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)能材料石墨烯?，F(xiàn)有技術(shù)只能生產(chǎn)極少量的“完美”石墨烯，而在實(shí)驗(yàn)室里這種新方法已經(jīng)可以每天生產(chǎn)出幾克近乎原始的石墨烯，研究人員正在進(jìn)一步擴(kuò)大其產(chǎn)能至每天數(shù)公斤。

早在2014年，萊斯大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，可以用激光擊破一種叫做炭黑的無定形碳，從而制造出一種只有幾層厚的純石墨烯。短暫的脈沖將碳加熱到3000K以上，使碳原子間的鍵斷裂。當(dāng)碳冷卻后，它會(huì)聚合成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)——石墨烯。但這種方法制備的石墨烯仍然很少，并且要消耗大量能量。

后來其他研究者通過電擊一種材料，制造出了金屬納米顆粒，同時(shí)產(chǎn)生了同樣短暫的熱沖擊波。得此啟發(fā)，萊斯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出，是否可以用電擊來加熱碳源并產(chǎn)生石墨烯呢？為此，該團(tuán)隊(duì)研究人員在一個(gè)透明的玻璃瓶中放入一小塊炭黑，并用400V的電壓轟擊了約200ms。實(shí)驗(yàn)一開始并未成功，但稍作調(diào)整后，就成功獲得了一個(gè)明亮的黃白色閃光，這時(shí)瓶內(nèi)的溫度達(dá)到3000K左右。

圖1 由各種碳源合成的FG

在這一過程中，當(dāng)碳原子凝聚形成石墨烯時(shí)，它們并未像在石墨中那樣有規(guī)律地堆積，而是一種渦輪態(tài)堆疊——石墨烯層以各種角度相互交錯(cuò)的石墨烯材料。當(dāng)在水或其他溶劑中時(shí)，渦輪態(tài)堆疊的石墨烯每一層都能與加入的任何復(fù)合材料相互作用，這是一種理想的能夠大批量使用的石墨烯。

圖2 CB-FG的放大和應(yīng)用

隨著大量食物因變質(zhì)而被丟棄，與日俱增的廢棄垃圾已成為影響地球生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的問題。該團(tuán)隊(duì)表示，通過在10ms內(nèi)將含碳材料加熱到3000K，可以將幾乎所有碳源（包括廢棄食品、塑料廢料、石油焦、煤、木屑和生物炭的任何東西）大量轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的石墨烯薄片，稱之為“閃蒸石墨烯”。該過程既快速又便宜，其成本比其他石墨烯制備方法要小得多。

萊斯大學(xué)研究人員還表示，在“閃蒸石墨烯”生產(chǎn)過程中，還會(huì)吸收CO2和CH4的溫室氣體作為原材料。因此通過這種方式生產(chǎn)石墨烯不僅能降低成本，也能降低對環(huán)境造成的污染。如將其混入用于粘結(jié)混凝土的水泥中，濃度在0.1%以下時(shí)，可將混凝土對環(huán)境的影響降低1/3。此外，該團(tuán)隊(duì)對“閃蒸石墨烯”所采用的加熱技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，比起目前在金屬箔上進(jìn)行化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，該方法能以更低的成本生產(chǎn)更多的石墨烯。