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號稱“新材料之王”的石墨烯，以其極佳的物理化學性能，被廣泛的研究。但一直以來，困擾其大規模使用的問題就是價格高昂問題。美國萊斯大學James M. Tour等人利用焦耳熱閃蒸技術（flash Joule heating, FJH），可以將任何炭源材料（煤炭，炭黑等）在極短時間內製備成為克級石墨烯，解決長久以來困擾石墨烯的價格問題。此研究或許讓石墨烯徹底告別價格昂貴的時代！
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本文要點
要點1：非晶態導電碳粉末，被輕度壓縮在兩個電極之間的石英或陶瓷管內，系統壓強維持在大氣壓或者中等真空度的（~10mm Hg）的氣氛中，電極可以是銅，石墨或者其他的耐火材料，它們被鬆散的安裝在石英管上，以允許FJH排氣。電容器組的高壓放電，使碳源在不到100毫秒的時間內達到3000 K以上的溫度，有效地將無定形碳轉化為渦輪增壓閃蒸石墨烯（Flash graphene），從而實現對石墨烯的克級製備。
要點2：高倍透射電子顯微鏡表徵表明，錯位的閃蒸石墨烯呈現出雲紋的圖樣，而來源於咖啡渣的閃蒸石墨烯也表明其為六邊單層石墨烯。高倍拉曼光譜表明，從炭黑製得FG具有極強的2D峰，並且D帶強度非常低，甚至沒有，表明其近乎完美的無缺陷特性。
要點3：通過調節樣品壓縮與電極（主要影響樣品的電導率）、電容器電壓和開關持續時間來控制溫度和閃光持續時間。電壓越高，電流越小過程的溫度。通過擬合來估計溫度在600 - 1100納米發射黑體輻射譜。
要點4：採用Lammps仿真方法來分析FG大規模增長機理。結果表明，低密度材料在退火過程中會產生海綿狀結構，而密度的增加則會提高其石墨化程度。
圖 2
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參考：
Luong, D.X., Bets, K.V., Algozeeb, W.A. et al. Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis. Nature 577, 647–651 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0
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