這項新技術能將垃圾變成石墨烯，我們距離石墨烯時代又近了一步

自從 2004 年英國曼徹斯特大學的科學家證明了石墨烯的存在，這種世界上最薄、最堅硬、且導電性能良好的納米材料，就被認為是「新材料之王」，可用於計算機、傳感器等多種設備，也是突破鋰電池能量密度的關鍵。

可十幾年過去了，石墨烯的商業應用依舊緩慢，其高昂的成本是最大限制之一，每噸的價格在 6.7 萬至 20 萬美元，比起硅這樣常用半導體材料要貴不少，降低石墨烯生產成本也是科學家們一直在研究的課題。

石墨烯的生產成本之所以這麼高，主要由於製作工藝所需的嚴苛條件和昂貴的原料成本。最近美國萊斯大學開發出一種新的製作工藝，可以將廢棄垃圾轉化為石墨烯薄片，有望大幅降低石墨烯的成本。
據萊斯大學的化學教授 James Tour 介紹，這種技術叫做「閃蒸石墨烯」，可將煤炭、食物殘渣、塑料垃圾、木屑等材料包含碳源的材料製成成石墨烯，該研究團隊已經證明，這項技術可將固體碳基物質和包括橡膠輪胎在內的混合塑料廢料轉化為石墨烯。


具體的製作過程，是將這些含碳源材加熱到 3000 開爾文（2726.85ºC），在 10 毫秒內就能製成石墨烯，雖然沒有透露具體數字，但研究人員表示這種製作工藝的成本要比目前批量生產石墨烯的工藝要低不少。

研究人員指出，在生產過程中還會吸收二氧化碳和甲烷的温室氣體作為原材料，因此通過這種方式生產石墨烯，不僅能降低成本，也能降低對環境造成的污染。
比如將這種石墨烯用於粘結混凝土的水泥中，只要 0.1% 的含量，就能降低三分之一的碳排放，根據國際能源署的數據，水泥生產過程排出的來二氧化碳就佔到全球總排放量的 7％


▲圖片來自：AZoM

此外「閃蒸石墨烯」所採用的加熱技術也進行了改進，比起目前在金屬箔上進行化學氣相沉積等技術，能以更低的成本生產更多的石墨烯。

這種「廢物利用」的石墨烯生產方式，也並非萊斯大學獨創。澳大利亞科學家在 2017 年就曾開發出一中利用大豆油來低成本生產石墨烯的新工藝，通過將大豆油加熱到 800℃，在金屬箔上分解成碳結構單元，然後迅速冷卻形成石墨烯薄膜。

這種工藝與傳統化學沉積法相比，無需長時間的真空高温處理，而且還能控制石墨烯薄膜的厚度，根據需求生產不同厚度的石墨烯。

不過這些低成本的石墨烯生產目前都沒有商用，市場上正式商用的石墨烯產品也還不多，2017 年三星就宣佈正在研發石墨烯電池技術，但迄今為止仍然沒有一款手機用上石墨烯電池。

雖然石墨烯的廣泛商用還要等上一段時間，但隨着一系列低成本量產工藝的成熟，距離石墨烯改變世界的那一天，又近了一大步。


資料來源：愛範兒（ifanr）