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自2004英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯以來，因其優(yōu)異的光學、電學、熱學和力學特性，在材料學、能源、環(huán)境、生物醫(yī)學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，從而引發(fā)了石墨烯研究和應用的熱潮。

石墨烯是一種由碳原子以sp雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。其機械強度是鋼的200倍，可拉伸至其原始長度的25%，比銅的導電性更好，是目前導熱性最好的材料，并且可以加工成不可滲透的薄膜。

目前，石墨烯常見的粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法為化學氣相沉積法（CVD）。但是，高質量的石墨烯（單層或幾層堆疊的石墨烯）在工業(yè)規(guī)模上的制造和純化仍然很昂貴。對于制造諸如晶體管和發(fā)光二極管之類的小型設備而言，這不是問題，但對于大批量的應用，該技術的成本還是太高。

科學家們一直在致力尋求一種簡單低成本的工業(yè)合成方法。1月份發(fā)表在《自然》雜志上的報告提供了一種新的合成技術，焦耳熱閃蒸技術（flash Joule heating, FJH）。在焦耳熱閃蒸的加熱過程中，非晶態(tài)導電碳粉在兩個電極之間的石英或陶瓷管內部被輕微壓縮。

整個系統(tǒng)可以在大氣壓下或在中等真空度（約10毫米汞柱）下。電極可以是銅，石墨或任何導電的耐火材料，電容器組在高壓下放電，在不到100 ms的時間內將含碳的物質升高到3000K的溫度，有效地將無定形碳轉化為渦輪層的閃蒸石墨烯（FG）。

石墨烯是在瞬間生成的，在不到一秒鐘的時間內，高壓放電產生的高溫會破壞所有化學鍵，并使碳重新排列成薄層的渦輪層狀石墨烯層。FG合成不使用熔爐，也不使用溶劑或反應性氣體，產量取決于來源的碳含量。當使用高碳源（例如炭黑，無煙煤或煅燒焦炭）時，產率高達80％至90％，而碳純度大于99％，無需純化操作，其轉化所需的電能約為7.2 kJ/g。

并且，這種制造工藝可以利用可再生或是垃圾來源的碳，如例如木炭，生物碳，腐殖酸，角蛋白（人發(fā)），木質素，蔗糖，淀粉，松樹皮，橄欖油煙灰，白菜，椰子，開心果殼，馬鈴薯皮，橡膠輪胎和混合塑料，甚至包括聚對苯二甲酸乙二酯（PET或PETE），高或低密度聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯和聚丙烯腈等。當將合成的聚合物轉化為閃蒸石墨烯時，非碳原子會以小分子形式升華，可以作為工業(yè)的燃料來源，留下的碳含量很高的產物在轉化為石墨烯。

當然，在實際中不同方法生成石墨烯的品質會有差異。相比于常見的粉末生成方法，焦耳熱閃蒸技術通過調節(jié)電極之間的樣品壓縮率（影響樣品的電導率）、電容器的附加電壓和開關持續(xù)時間可以優(yōu)化石墨烯的生成，能夠得到極高品質的渦輪層狀石墨烯。

這種渦輪層狀石墨烯渦輪層狀石墨烯相比通用的石墨烯，具有更好的導電和導熱性能，并且因為碳層之間具有相對旋轉的多層石墨烯，可以有效地使相鄰層的電子態(tài)解耦，并保留與單層石墨烯類似的性質。

這種渦輪層狀石墨烯已被證實可以增加復合材料的應用性能。當將0.05％（重量）的閃蒸石墨烯添加到混凝土中時，其抗壓強度提高了25％；將石墨烯添加到普通塑料聚二甲基硅氧烷中后，其機械強度提高了250％。并且還被用作鋰離子電容器和鋰離子電池中的電極材料，證明了使用閃蒸石墨烯在先進能源應用中的潛力。

這種新方法已經在實驗室每天生產千克量級的石墨烯，更多的后續(xù)工作在工程化生產上。值得注意的是，閃蒸石墨烯可以很好地分散在水/表面活性劑中，得到高度濃縮的分散液，這就為工業(yè)化設計提供了便利性。

一家名為Universal Matter 的公司正在努力將廢物轉化為石墨烯的規(guī)模擴大到工業(yè)規(guī)模?？赡茉诓痪眠h的未來，我們有可能利用幾乎所有的有機物，包括生物質，再生塑料和橡膠，煤炭，石油焦，甚至是食物殘渣等，汽化制成石墨烯供更多新型科技領域應用。
（責任編輯：fqj）