由旧轮胎制成的石墨烯有助于大幅增强混凝土强度

据悉，美国莱斯大学（Rice University）的研究人员开发了一种新工艺，将旧轮胎转化为石墨烯，然后可以用来制造混凝土。这样不仅更加环保，而且研究团队表示，运用此技术最终制成的混凝土会更加坚固。

这项研究建立在该团队先前通过一种叫做“闪光焦耳加热”的工艺制造石墨烯的突破之上。从本质上讲，这涉及使用电流将几乎所有碳源快速过热到大约2725°C（4940°F），将其转换为石墨烯薄片。 具体来说，这是一种称为“涡轮层石墨烯”的材料，其中的层排列是不完全对其的。 这使得该材料更易溶解，并且更易于集成到复合材料中。

上图：这张显微镜图像显示了涡轮层石墨烯的层是如何排列的

去年，该团队用食物或塑料等废品演示了这项技术。现在，他们已经开始使用废弃的轮胎。莱斯大学团队表示，之前将轮胎直接转化为石墨烯的努力并没有产生最好的结果，所以在新的研究中，他们转向了经过普通回收过程后剩下的材料。

“热解”是在低氧环境中燃烧轮胎，从而产生一种对一系列工业过程非常有用的油。但它也会产生固体残碳，传统上很难再加利用。

莱斯大学的研究人员发现，就是这种轮胎衍生的炭黑，是生产闪光石墨烯的绝佳候选材料。当他们将这种材料通过闪光焦耳加热时，大约70%的材料转化为石墨烯，而直接粉碎的轮胎橡胶和商业炭黑的混合物却只能产生约47%。

接下来，该团队演示了新型石墨烯材料的一个特殊用例 —— 混凝土生产。他们将轮胎炭黑制成的石墨烯添加了0.1%的重量/百分比（wt%），将炭黑和碎橡胶的混合物添加到波特兰水泥中，添加了0.05 wt%。他们发现，用这种水泥制成的混凝土圆柱体的抗压强度，比不添加石墨烯的混凝土高出30%左右。

该研究团队表示：“强度的提高部分归因于2D石墨烯对水泥水化产物更好生长的播种作用，也部分归因于后期的增强作用。”

上图：这张图展示了石墨烯是如何通过闪光焦耳加热产生的

研究团队称，石墨烯加固混凝土对环境有几个好处。它不仅有助于防止废轮胎最终被扔进垃圾填埋场，而且最终材料的额外强度可以减少建筑所需的混凝土数量。

要知道，混凝土是世界上产量最大的材料，仅制造混凝土就会产生高达世界二氧化碳排放量的9%。如果我们能在道路、建筑和桥梁上少用混凝土，我们就可以从一开始就消除一部分碳的排放。