美國萊斯大學(xué)的材料科學(xué)和納米工程助理研究教授拉赫曼與他的合作者，通過獨特的閃光焦耳加熱法（FJH）工藝，將富含碳元素的瀝青廢料轉(zhuǎn)化為有用且高價值的石墨烯。

閃光焦耳轉(zhuǎn)變方法的論文11月18日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，獲得美國空軍科學(xué)研究辦公室、美國陸軍工程兵團(tuán)和美國國家實驗室的資助支持。

論文提到，石油原油在精煉過程會產(chǎn)生大量的瀝青質(zhì)，目前估計全球大約有1至2萬億桶。但瀝青在處理和生產(chǎn)過程中會帶來復(fù)雜的問題，一般都被當(dāng)作燃料再利用，或被丟棄到尾礦池（礦渣堆）、垃圾掩埋場和變成柏油路，但丟棄和燃燒處理不當(dāng)容易造成環(huán)境破壞。

研究人員用閃光焦耳加熱法（FJH），將低價值的瀝青轉(zhuǎn)化為高價值的衍生品—閃光石墨烯（AFG）。這種方法能夠在1秒左右生產(chǎn)出閃光石墨烯（幾層石墨烯疊加），減少了許多能量和二氧化碳的消耗。

閃光焦耳加熱法（FJH）是在兩個銅電極之間的石英管內(nèi)，依次使用185V、250V、250V和370V電壓、頻率為1000Hz的可變脈沖對瀝青質(zhì)進(jìn)行電擊，產(chǎn)生出近3000度的極高溫，讓瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)變成AFG。

為了測試其機(jī)械性質(zhì)，研究人員將環(huán)氧樹脂和1 wt%（重量百分濃度）、3 wt%、5 wt%的AFG進(jìn)行混合，并與純AFG進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和韌性的機(jī)械性能進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，環(huán)氧樹脂和1%的AFG混合表現(xiàn)出來的機(jī)械性最為良好，因為拉伸強(qiáng)度增加了37%，楊氏模量增加了12%，韌性增加了75%。

另外，他們?yōu)榱擞^察環(huán)氧樹脂-AFG納米復(fù)合材料的熱性質(zhì)，用白光射進(jìn)純環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂-AFG奈米復(fù)合材料，并用熱紅外（IR）相機(jī)觀測材料溫度上升情況。

結(jié)果顯示，純環(huán)氧樹脂的感應(yīng)熱集中在較小的區(qū)域，且溫度上升比較多，但環(huán)氧樹脂-AFG納米復(fù)合材料熱感應(yīng)比較分散，溫度也上升比較小。他們還發(fā)現(xiàn)，AFG含量越高溫度上升越少，這也證明環(huán)氧樹脂-AFG納米復(fù)合材料熱傳導(dǎo)，比純環(huán)氧樹脂來得更好。

研究人員還將環(huán)氧樹脂-AFG做耐腐蝕測試，他們將其包裹在低碳鋼（MS）上作為腐蝕保護(hù)層，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂-AFG中AFG含量10 wt%比純環(huán)氧樹脂和其它wt%的納米復(fù)合材料保護(hù)效果更好。

最后，他們使用環(huán)氧樹脂-AFG奈米復(fù)合材料去做3D打印，打印出來的成品放置室溫48小時，且將物體持續(xù)加熱1小時至130°C都不變形，試驗結(jié)果相當(dāng)成功。

試驗證明，與一般的純環(huán)氧樹脂聚合物相比，環(huán)氧樹脂-AFG納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械、熱傳導(dǎo)和耐腐蝕性，且能作為3D打印材料。

與拉赫曼一起工作的薩迪將石墨烯混合到復(fù)合材料中，然后混合到用于3D打印機(jī)的聚合物墨水中。他對萊斯大學(xué)新聞室表示，“我們已經(jīng)優(yōu)化了其3D打印墨水，證明它是可打印的?！?/p>

另外，在瀝青質(zhì)使用FJH工藝生產(chǎn)AFG的過程中，產(chǎn)生的污染較少，且生產(chǎn)出的高價值同素異形體石墨烯可應(yīng)用到工業(yè)上。

拉赫曼對萊斯大學(xué)新聞室表示，“瀝青質(zhì)目前是石油行業(yè)的一大難題，我認(rèn)為石油行業(yè)會對此很感興趣，因為這是一種可持續(xù)的方法，可以減少燃燒瀝青質(zhì)產(chǎn)生的碳排放。”

另外，該實驗報告的化學(xué)家詹姆斯？圖爾團(tuán)隊認(rèn)為，閃光焦耳加熱法對瀝青質(zhì)的處理方法與對其它原料（包括塑料、電子垃圾、輪胎、煤粉煤灰、汽車零件）處理起來一樣有效，研究人員下一步將用這些石墨烯制造更多東西。