美國萊斯大學研製出“白菜價”石墨烯

近日，美國萊斯大學Boris I. Yakobson教授課題組在閃蒸石墨烯（FG）方面取得新突破，即能使昂貴的石墨烯低廉化，這將極大加速該材料在實際生活中的應用。相關研究工作以“ Flash GrapheneMorphologies ”為題發表在國際頂級期刊《ACS Nano》上。

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。其具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

事實上，石墨烯存在於自然界中，只是很難剝離出單層結構。石墨就是由石墨烯一層一層迭起來的，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯；鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

石墨烯雖然各項性能都很優異，但存在生產成本很高，大規模應用難的缺點。石墨烯常見的生產的方法有機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法等。為了克服現有技術的不足，科學家們一直在探索低成本製備石墨烯的辦法，來實現應用。

就在2020年1月27日，美國萊斯大學Duy X. Luong等研究者提出了一種廉價的焦耳熱閃蒸技術（FJH），這項技術可以將不同來源的碳，如石油焦碳、煤炭、碳黑、食品廢棄物、橡膠輪胎、塑膠垃圾等，在不到100毫秒的時間內轉變成石墨烯，並實現克級製備！

儘管已經是取得一些突破，但對於閃蒸石墨烯的微觀結構以及形成機理缺乏深入的認識，這也阻礙著閃蒸石墨烯大規模製備的進一步發展。

經過Boris I. Yakobson教授研究團隊的不斷探索，閃蒸石墨烯的制取方法得到了明顯的改善。實驗表明，閃蒸石墨烯是由相鄰層之間具有旋轉失配的渦輪層石墨烯（tFG）片層組成的。然而，FG含有一些褶皺的石墨烯片，其類似於非石墨化碳。為了生成出更高品質的tFG，研究人員採用了30–100ms的FJH持續時間，若超過100毫秒，主要形成堆疊的石墨烯塊。

分子動力學類比結果顯示，普通的熱退火過程主要產生褶皺的石墨烯，該石墨烯顯示出極少的石墨取向或沒有石墨平面的取向，這與在通過材料的電流直接影響下可能形成的高品質渦輪狀tFG相反。tFG容易通過剪切剝離得到，因此焦耳熱閃蒸工藝具有批量生產tFG的潛力。

 

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