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美國萊斯大學的材料科學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》雜志上，獲得美國空軍科學研究辦公室、美國陸軍工程兵團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)過程中會帶來復雜的問題，一般都被當作燃料再利用，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進行混合，并與純AFG進行拉伸強度、楊氏模量和韌性的機械性能進行比較。結(jié)果顯示，環(huán)氧樹脂和1%的AFG混合表現(xiàn)出來的機械性最為良好，因為拉伸強度增加了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納米復合材料的熱性質(zhì)，用白光射進純環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂-AFG奈米復合材料，并用熱紅外（IR）相機觀測材料溫度上升情況。
結(jié)果顯示，純環(huán)氧樹脂的感應熱集中在較小的區(qū)域，且溫度上升比較多，但環(huán)氧樹脂-AFG納米復合材料熱感應比較分散，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納米復合材料熱傳導，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%的納米復合材料保護效果更好。
最后，他們使用環(huán)氧樹脂-AFG奈米復合材料去做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納米復合材料具有優(yōu)異的機械、熱傳導和耐腐蝕性，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合材料中，然后混合到用于3D打印機的聚合物墨水中。他對萊斯大學新聞室表示，“我們已經(jīng)優(yōu)化了其3D打印墨水，證明它是可打印的。”
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用到工業(yè)上。
拉赫曼對萊斯大學新聞室表示，“瀝青質(zhì)目前是石油行業(yè)的一大難題，我認為石油行業(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，該實驗報告的化學家詹姆斯？圖爾團隊認為，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。
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