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標題: 從垃圾翻身成高價值的石墨烯材料 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2020-2-7 12:05 AM 標題: 從垃圾翻身成高價值的石墨烯材料

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　　食物殘渣﹑廢棄汽車輪胎有機會重生再造﹐科學家們最近找到一種新方法﹐幾乎能從所有固體碳基物質中轉化出高價值的石墨烯薄片﹐並且成本相當低廉。
　　歸功於碳原子的特殊排列結構﹐石墨烯這種神奇材料比鋼還要堅硬﹑比銅還要更容易傳導電與熱﹐能充當難以滲透的壁壘以防止金屬生鏽﹐混凝土中只要添加少量石墨烯就能增強材料性能。只不過自2004年發現至今﹐高品質石墨烯(無論單層還是堆疊多層)在工業規模上的製造﹑純化成本仍相當高昂。
　　目前﹐生產適合應用在電子中的單層石墨烯方法為化學氣相沉積法﹐然而此法單次製造量極少﹐批量生產的話成本太高﹔另一種剝離法雖然可單次生成較多石墨烯﹐但同時會產生許多「斑點」﹐讓石墨烯材料的應用威力大打折扣。2014年時﹐萊斯大學化學家James Tour團隊發現可以用雷射將碳煙(carbon black﹐也稱炭黑)打成純石墨烯﹐每一片石墨烯僅幾層厚﹐其過程為短暫雷射脈衝將碳加熱到約3000K溫度使碳原子之間的鍵斷裂﹐冷卻之後聚結成穩定結構﹐只不過這種方法相當費力。
　　2年前﹐James Tour團隊的研究生之一Luong Xuan Duy發現﹐其他研究人員利用電流快速撞擊材料來製造金屬奈米粒子﹐Luong Xuan Duy於是想知道是否可以用電來加熱碳源並生產石墨烯。因此﹐研究人員先將炭黑放入透明玻璃小瓶中﹐並用400V的電對其撞擊約200毫秒。最初得到的成果沒有變化﹐炭黑依然只是炭黑﹐但經過一番調整後﹐實驗過程開始產生淡黃色閃光﹐表明小瓶內溫度達到了約3000K﹐並在大約10毫秒內將炭黑變成石墨烯薄片﹐剩餘的非碳元素都被轉化為氣體。
　　事實結果表明﹐團隊確實製造出一種稱為「亂層石墨烯(turbostatic graphene)」的材料﹐這種結構的石墨烯層與層之間堆疊角度混雜不規則﹐當添加到水或溶劑中時﹐亂層石墨烯會懸浮在水面不結塊﹐易與任何復合材料相互作用。後續實驗結果證實了亂層石墨烯的良好應用﹐當研究團隊將石墨烯添加到混凝土中時﹐混凝土抗壓強度提高了25%﹔將石墨烯添加到聚二甲基矽氧烷(PDMS﹐可做為隱形眼鏡的材料)中﹐其強度提高了250%。
　　這項技術讓人再度看見石墨烯與各種複合材料結合﹑且成本低廉的應用﹐加上這種石墨烯幾乎可從任何有機物如﹕：咖啡渣﹑食物殘渣﹑廢棄輪胎﹑寶特瓶中回爐再造﹐科學家正在努力讓垃圾轉化為黃金。

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