新技术将垃圾变成有价值的石墨烯

石墨烯是排列成鸡丝状的碳原子晶格，这种结构使其非常适合广泛的应用。

这项新技术通过快速加热任何碳基材料（例如用过的咖啡渣或塑料废料）来降低成本和难度。

莱斯大学开发的最新技术正将一个人的垃圾带到另一个极端的想法。香蕉皮，咖啡渣，一次性塑料容器，煤炭-所有这些以及更多这些东西都被变成了周围最有价值的材料之一：石墨烯。化学家James Tour和他的团队开发了一种快速的过程，可以将大量的垃圾转化为石墨烯薄片。

＆＃34;这很重要，＆＃34;赖斯在莱斯大学的新闻稿中说。 ＆＃34;世界上有30％到40％的食物被扔掉了，因为它变质了，塑料废物引起了全世界的关注。我们已经证明，任何固体碳基物质，包括混合的塑料废料和橡胶轮胎，都可以转化为石墨烯。

石墨烯的价值主要归因于其令人难以置信的强度以及它所拥有的广泛的工业应用。这种材料由一层碳原子组成，该碳原子层通过六个化学键相互连接，形成类似于鸡丝的晶格。

石墨烯不仅因其高反应活性和强度而在科学实验中极为有用，而且还可以添加到其他各种材料中以提高其强度或使其更轻便，例如混凝土或金属。它是导电性最强的材料，因此在LED或智能手机中用作散热器非常有价值。它也可以用在电池技术，油漆，传感器等中，实际上，仅在本文中，这种材料的应用就太多了。

尽管石墨烯具有很高的实用性，但它还不是我们日常生活的一部分。部分原因是因为其成本过高。石墨烯难以批量生产，目前的石墨烯商业价格为每吨67,000美元至200,000美元，＆＃34;游说。常见的技术包括剥落（其中石墨烯的薄片从石墨上剥离下来）或化学气相沉积法，其中甲烷（CH4）在捕获甲烷碳原子的铜基质存在下汽化，将其排列为石墨烯。

这项新技术称为快速焦耳加热，它更简单，更便宜，并且不依赖任何有害溶剂或化学添加剂。简而言之，碳基材料会在2760°C（5,000°F）的温度下暴露10毫秒。这会破坏输入材料中的每个化学键。除碳以外的所有原子都会转化为气体，在这种概念验证装置中会逸出，但可以在工业应用中捕获。但是，碳本身会重新组装成石墨烯薄片。

而且，该技术产生了所谓的静压石墨烯。其他方法产生的是所谓的A-B堆叠石墨烯，其中一片石墨烯中的一半原子位于另一片石墨烯的原子上。这导致两张纸之间的粘合更紧密，从而使它们更难分离。涡轮静压石墨烯在片材之间没有这种顺序，因此它们彼此之间更容易除去。

研究人员称之为“闪光石墨烯”的最明显的用例。是将这些石墨烯薄片用作混凝土中的组分。 ＆＃34;通过用石墨烯加固混凝土，＆＃34;托尔说，我们可以减少建筑用的混凝土，从而减少制造和运输的成本。从本质上讲，我们是在捕获可能浪费食物的二氧化碳和甲烷等温室气体，这些垃圾会在垃圾填埋场排放。我们正在将这些碳转化为石墨烯，并将该石墨烯添加到混凝土中，从而降低了混凝土生产中产生的二氧化碳量。这是使用石墨烯的双赢环境方案。

混凝土是这种材料的主要应用，既可以在经济和环境上做到合理，又有许多其他应用。随着这种用于批量生产石墨烯的方法和其他方法的成熟，我们可以希望看到具有越来越强大，更轻巧，更先进且对环境破坏较小的材料和技术的未来。