当你想到我们即将耗尽的资源时，沙子可能并不在你的清单上，但事实上我们对混凝土的需求量很大，可用的沙子也并不多。莱斯大学的科学家们现在已经证明，用石墨烯代替沙子不仅可以节省沙子，还能使混凝土更轻、更坚固、更耐用。
尽管石墨烯只是一张只有一个原子厚的碳原子薄片，但它却以无比坚固而著称。因此，这种”神奇材料”被掺入混凝土中也就不足为奇了，通常是为了使混凝土更加坚固耐用。但这通常只是在配方中加入石墨烯，而在新的研究中，莱斯大学的研究小组希望用它完全取代沙子。
混凝土由三种主要成分组成：水、砂等骨料以及将其粘合在一起的水泥。按体积计算，砂是最大的成分，而由于现代人类对混凝土的贪得无厌，砂矿的开采量正在不断增加。这一过程不仅具有破坏性，而且还面临着资源枯竭的风险。
这项研究来自莱斯大学化学家詹姆斯-图尔（James Tour）的实验室，他的团队多年来一直在使用他们开发的一种名为闪焦耳加热的技术制造石墨烯。从本质上讲，富含碳的基础材料在电流的作用下迅速过热，转化为石墨烯薄片。在这种情况下，基础材料是冶金焦炭，一种从煤炭中提取的燃料。
“最初的实验是将冶金焦炭转化为石墨烯，结果得到了一种大小与沙子相似的材料，”该研究的第一作者保罗-阿芬库拉（Paul Advincula）说。”我们决定探索将冶金焦炭衍生的石墨烯用作混凝土中沙子的完全替代品，我们的研究结果表明，它的效果非常好。”
节省沙子并不是唯一的好处。与使用普通骨料制成的混凝土相比，这种混凝土的重量减轻了 25%，韧性提高了 32%，峰值应变提高了 33%，抗压强度提高了 21%。但从另一方面看，其杨氏模量降低了 11%，而杨氏模量是衡量材料抗拉伸变形能力的指标。
研究小组表示，虽然石墨烯目前过于昂贵，无法使这种方法在商业上实现规模化，但它至少表明，还有其他方法可以采用。
这项研究发表在《ACS 应用材料》杂志上。
Replacement of Concrete Aggregates with Coal-Derived Flash Graphene | ACS Applied Materials & Interfaces
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.3c15156
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