美国莱斯大学研制出“白菜价”石墨烯

近日，美国莱斯大学Boris I. Yakobson教授课题组在闪蒸石墨烯（FG）方面取得新突破，即能使昂贵的石墨烯低廉化，这将极大加速该材料在实际生活中的应用。相关研究工作以“ Flash GrapheneMorphologies ”为题发表在国际顶级期刊《ACS Nano》上。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。其具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

事实上，石墨烯存在于自然界中，只是很难剥离出单层结构。石墨就是由石墨烯一层一层迭起来的，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯；铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

石墨烯虽然各项性能都很优异，但存在生产成本很高，大规模应用难的缺点。石墨烯常见的生产的方法有机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法等。为了克服现有技术的不足，科学家们一直在探索低成本制备石墨烯的办法，来实现应用。

就在2020年1月27日，美国莱斯大学Duy X. Luong等研究者提出了一种廉价的焦耳热闪蒸技术（FJH），这项技术可以将不同来源的碳，如石油焦碳、煤炭、碳黑、食品废弃物、橡胶轮胎、塑料垃圾等，在不到100毫秒的时间内转变成石墨烯，并实现克级制备！

尽管已经是取得一些突破，但对于闪蒸石墨烯的微观结构以及形成机理缺乏深入的认识，这也阻碍着闪蒸石墨烯大规模制备的进一步发展。

经过Boris I. Yakobson教授研究团队的不断探索，闪蒸石墨烯的制取方法得到了明显的改善。实验表明，闪蒸石墨烯是由相邻层之间具有旋转失配的涡轮层石墨烯（tFG）片层组成的。然而，FG含有一些褶皱的石墨烯片，其类似于非石墨化碳。为了生成出更高质量的tFG，研究人员采用了30–100ms的FJH持续时间，若超过100毫秒，主要形成堆栈的石墨烯块。

分子动力学模拟结果显示，普通的热退火过程主要产生褶皱的石墨烯，该石墨烯显示出极少的石墨取向或没有石墨平面的取向，这与在通过材料的电流直接影响下可能形成的高质量涡轮状tFG相反。tFG容易通过剪切剥离得到，因此焦耳热闪蒸工艺具有批量生产tFG的潜力。

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