美国研究闪蒸石墨烯技术：计划实现每天1吨石墨烯的生产目标

莱斯大学的研究人员与美国国家能源技术实验室（NETL） 合作，正在研究一种名焦耳热闪蒸(FJH)的高级转换过程如何利用可扩展技术从碳矿石中廉价地生产出高价值的石墨烯，为下一代技术和先进制造方法提供有价值的添加剂。

石墨烯由单层碳原子以蜂窝状图案紧密结合而成，具有优异的力学和电性能——抗拉强度是结构钢的200多倍，导电率比铜高。

石墨烯具有广泛的应用前景，包括复合建筑材料(如水泥、混凝土和塑料)、汽车和航空航天部件、用于能源存储的电池和超级电容器，或作为电导体。例如，仅0.1%重量比的石墨烯作为混凝土的添加剂，就可以产生更强、更轻的混凝土材料，具有更长的使用寿命和减少碳足迹。在沥青中加入1%的石墨烯，就可以将道路的使用寿命延长三倍。

FJH工艺是一种低成本、高能效的方法，几乎可以在不到一秒的时间内将任何碳基前驱体转化为大量石墨烯。虽然石墨烯可以通过其他方法生产，但这些其他方法要么不能生产大量高质量的石墨烯，要么需要高能量工艺。FJH 避免了这些权衡。

通过使用FJH工艺，莱斯大学的研究团队成功地实现并超越了他们在一天内生产1千克石墨烯的关键里程碑。尽管COVID-19全球大流行造成了延误，但该团队仍提前五个月实现了里程碑。通过自动化，该团队在不到两小时内生产了1公斤，超过目标20倍。

NETL项目经理Jason Hissam说:“这代表着石墨烯生产能力向前迈出的重要一步。”“从我国的碳矿资源中生产这种有价值的物质的能力意味着，除了发电之外，我们还有潜在的革命性用途。”

莱斯大学的研究团队预计，随着未来对充电系统的电气改进，产量将增加一倍，并在项目结束时超过目标的40倍。展望未来，研究人员计划优化系统以实现更高控制的操作，并将过程控制集成到人工智能/机器学习中，实现基于碳矿石输入源和理想的石墨烯最终用途的完全自主控制。

一家名为Universal Matter Ltd.的公司从莱斯大学(Rice University)拆分出来，在美国能源部的其他支持下，正在进一步扩大工艺规模，以在2022年第二季度之前实现每天1吨石墨烯的生产目标，然后在此基础上实现更大的增长。