想象一下我們每天所丟棄的垃圾，從餐廚食品廢物到塑料包裝垃圾，既失去使用價(jià)值又難以再生利用，越來(lái)越多，同時(shí)正給人類(lèi)帶來(lái)越來(lái)越嚴重的弊端與危害?，F在，科學(xué)家們找到了將這些垃圾在不到一秒鐘的時(shí)間里，瞬間就可以“變廢為寶”的奇妙方法。這一科技成果將極大地改變人類(lèi)生活環(huán)境。這一重大環(huán)?？萍嫉难芯空撐?，發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-1938-0
美國得克薩斯州賴(lài)斯大學(xué)的一組研究人員，發(fā)現了通過(guò)將垃圾的碳基材料轉化為石墨烯的工藝，科學(xué)家們找到了在不到一秒鐘的時(shí)間里就可以將此“變廢為寶”的方法。這得益于一種將碳基材料轉化為石墨烯的閃蒸加熱工藝方法。碳基材料，指任何具有碳含量的材料，比如食物垃圾、塑料垃圾、石油焦炭、煤炭、木材屑、廢橡膠輪胎和生物炭等等。目前石墨烯的商業(yè)價(jià)格為每噸67,000至200,000美元，從此就不難看出這種工藝的前景看起來(lái)非常好。
這種石墨烯的閃蒸加熱制造工藝方法的關(guān)鍵是溫度和時(shí)間。在這項研究中，科學(xué)家通過(guò)將碳基材料加熱到3000K開(kāi)氏溫度（約為2726攝氏度），在短短10毫秒內的閃蒸過(guò)程里就可以生成石墨烯薄片，所以科學(xué)家們稱(chēng)之為“閃速石墨烯”（flashgraphene）。這種“閃速石墨烯”技術(shù)既快速又便宜，能夠將一噸煤、食物殘渣或塑料轉化為石墨烯，而成本僅為其他批量石墨烯生產(chǎn)方法所用成本的一極小部分。
這種閃蒸加熱過(guò)程幾乎不會(huì )耗費多余的熱量，幾乎將其所有能量都轉移到目標中。這比以前用來(lái)制造石墨烯的化學(xué)氣相沉積爐效率高出近三倍。在閃蒸過(guò)程中，熱量集中在碳材料中，而周?chē)姆磻髦袆t沒(méi)有熱量。所有多余的能量都以光，非常明亮的閃光形式散發(fā)出來(lái)，并且因為沒(méi)有任何溶劑，所以這是一個(gè)超級清潔的過(guò)程。
將材料放在兩個(gè)電極之間，并用短脈沖發(fā)射加熱材料，同時(shí)破壞其化學(xué)鍵。從而使非碳元素消失，而其余碳原子轉化為石墨烯。這從本質(zhì)上加快了碳演化成石墨基態(tài)的緩慢的轉化過(guò)程。由于熱尖峰而大大加速，材料在石墨烯階段的適當時(shí)刻停止了。
這一研究成果將對環(huán)境產(chǎn)生重大的積極影響，僅向混凝土中添加0.02％的閃光石墨烯可以使其強度提高35％。在保持相同水平的結構完整性的同時(shí)，可以使用更少的混凝土。據統計，水泥生產(chǎn)每年排放的二氧化碳量高達人造二氧化碳的百分之八。
通過(guò)用石墨烯增強混凝土，可以減少建筑用混凝土的數量，從而降低制造成本和運輸成本。這項技術(shù)本質(zhì)上是在捕獲二氧化碳和甲烷之類(lèi)的溫室氣體，將這些碳轉化為石墨烯，并將該石墨烯添加到混凝土中，從而減少混凝土生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳量。所以是一種雙贏(yíng)的極為理想的環(huán)境方案。
這一研究成果還為煤炭提供了一種新用途，無(wú)需燃燒它，利用原本可以填埋的材料，可以轉化本來(lái)可以分解的生物質(zhì)，可以使用今天所用的昂貴材料減少，而所有這些將減少我們的碳足跡并降低溫室氣體排放。
該工藝生產(chǎn)出的所謂“湍流型”石墨烯，其錯層易于分離，與更常見(jiàn)的A-B堆疊石墨烯相比，它更易于分離和與材料結合。通過(guò)其他工藝（例如石墨剝落）制成的A-B堆疊石墨烯很難拉開(kāi)。由于“湍流型”石墨烯層間的粘合力要低得多，所以層狀石墨烯更容易加工。閃速石墨烯可能會(huì )成為未來(lái)的主要市場(chǎng)，該研究團隊已在測試使用石墨烯增強的混凝土和塑料，希望在兩年內擴大規模每天制造更多的閃速石墨烯。
來(lái)源：量子認知
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