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，既失去使用價值又難以再生利用，越來越多，同時正給人類帶來越來越嚴重的弊端與危害。現在，科學家們找到了將這些垃圾在不到一秒鐘的時間裡，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生活環境。這一重大環保科技的研究論文，發表在最新一期的《自然》雜誌上。
論文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41586-020-1938-0
美國得克薩斯州賴斯大學的一組研究人員，發現了通過將垃圾的碳基材料轉化為石墨烯的工藝，科學家們找到了在不到一秒鐘的時間裡就可以將此“變廢為寶”的方法。這得益於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。目前石墨烯的商業價格為每噸67,000至200,000美元，從此就不難看出這種工藝的前景看起來非常好。
這種石墨烯的閃蒸加熱製造工藝方法的關鍵是溫度和時間。在這項研究中，科學家通過將碳基材料加熱到3000K開氏溫度（約為2726攝氏度），在短短10毫秒內的閃蒸過程裡就可以生成石墨烯薄片，所以科學家們稱之為“閃速石墨烯”（flashgraphene）。這種“閃速石墨烯”技術既快速又便宜，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方法所用成本的一極小部分。
這種閃蒸加熱過程幾乎不會耗費多餘的熱量，幾乎將其所有能量都轉移到目標中。這比以前用來製造石墨烯的化學氣相沉積爐效率高出近三倍。在閃蒸過程中，熱量集中在碳材料中，而周圍的反應器中則沒有熱量。所有多餘的能量都以光，非常明亮的閃光形式散發出來，並且因為沒有任何溶劑，所以這是一個超級清潔的過程。
將材料放在兩個電極之間，並用短脈衝發射加熱材料，同時破壞其化學鍵。從而使非碳元素消失，而其餘碳原子轉化為石墨烯。這從本質上加快了碳演化成石墨基態的緩慢的轉化過程。由於熱尖峰而大大加速，材料在石墨烯階段的適當時刻停止了。
這一研究成果將對環境產生重大的積極影響，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，可以使用更少的混凝土。據統計，水泥生產每年排放的二氧化碳量高達人造二氧化碳的百分之八。
通過用石墨烯增強混凝土，可以減少建築用混凝土的數量，從而降低製造成本和運輸成本。這項技術本質上是在捕獲二氧化碳和甲烷之類的溫室氣體，將這些碳轉化為石墨烯，並將該石墨烯添加到混凝土中，從而減少混凝土生產中產生的二氧化碳量。所以是一種雙贏的極為理想的環境方案。
這一研究成果還為煤炭提供了一種新用途，無需燃燒它，利用原本可以填埋的材料，可以轉化本來可以分解的生物質，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並降低溫室氣體排放。
該工藝生產出的所謂“湍流型”石墨烯，其錯層易於分離，與更常見的A-B堆疊石墨烯相比，它更易於分離和與材料結合。通過其他工藝（例如石墨剝落）製成的A-B堆疊石墨烯很難拉開。由於“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。閃速石墨烯可能會成為未來的主要市場，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製造更多的閃速石墨烯。
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