这项新技术能将垃圾变成石墨烯,我们距离石墨烯时代又近了一步

公司

02-05 12:51

自从 2004 年英国曼彻斯特大学的科学家证明了石墨烯的存在,这种世界上最薄、最坚硬、且导电性能良好的纳米材料,就被认为是「新材料之王」,可用于计算机、传感器等多种设备,也是突破锂电池能量密度的关键。

可十几年过去了,石墨烯的商业应用依旧缓慢,其高昂的成本是最大限制之一,每吨的价格在 6.7 万至 20 万美元,比起硅这样常用半导体材料要贵不少,降低石墨烯生产成本也是科学家们一直在研究的课题。

石墨烯的生产成本之所以这么高,主要由于制作工艺所需的严苛条件和昂贵的原料成本。最近美国莱斯大学开发出一种新的制作工艺,可以将废弃垃圾转化为石墨烯薄片,有望大幅降低石墨烯的成本。

据莱斯大学的化学教授 James Tour 介绍,这种技术叫做「闪蒸石墨烯」,可将煤炭、食物残渣、塑料垃圾、木屑等材料包含碳源的材料制成成石墨烯,该研究团队已经证明,这项技术可将固体碳基物质和包括橡胶轮胎在内的混合塑料废料转化为石墨烯。

具体的制作过程,是将这些含碳源材加热到 3000 开尔文(2726.85ºC),在 10 毫秒内就能制成石墨烯,虽然没有透露具体数字,但研究人员表示这种制作工艺的成本要比目前批量生产石墨烯的工艺要低不少。

研究人员指出,在生产过程中还会吸收二氧化碳和甲烷的温室气体作为原材料,因此通过这种方式生产石墨烯,不仅能降低成本,也能降低对环境造成的污染。

比如将这种石墨烯用于粘结混凝土的水泥中,只要 0.1% 的含量,就能降低三分之一的碳排放,根据国际能源署的数据,水泥生产过程排出的来二氧化碳就占到全球总排放量的 7%

▲图片来自:AZoM

此外「闪蒸石墨烯」所采用的加热技术也进行了改进,比起目前在金属箔上进行化学气相沉积等技术,能以更低的成本生产更多的石墨烯。

这种「废物利用」的石墨烯生产方式,也并非莱斯大学独创。澳大利亚科学家在 2017 年就曾开发出一中利用大豆油来低成本生产石墨烯的新工艺,通过将大豆油加热到 800℃,在金属箔上分解成碳结构单元,然后迅速冷却形成石墨烯薄膜。

这种工艺与传统化学沉积法相比,无需长时间的真空高温处理,而且还能控制石墨烯薄膜的厚度,根据需求生产不同厚度的石墨烯。

不过这些低成本的石墨烯生产目前都没有商用,市场上正式商用的石墨烯产品也还不多,2017 年三星就宣布正在研发石墨烯电池技术,但迄今为止仍然没有一款手机用上石墨烯电池。

虽然石墨烯的广泛商用还要等上一段时间,但随着一系列低成本量产工艺的成熟,距离石墨烯改变世界的那一天,又近了一大步。

登录,参与讨论前请先登录

评论在审核通过后将对所有人可见

正在加载中