闪蒸

本研究报道了一种创新的合成技术——级联闪蒸焦耳加热（FWF），该技术以其非平衡态、超快速热传导的特性，突破了传统合成方法的局限。FWF技术在合成协议的三个关键领域——减少溶剂和水的使用、提高能源效率和可扩展性方面展现出巨大潜力。通过超快电阻焦耳加热实现的非平衡合成，与传统需要长时间高温的合成过程相比，FWF技术能在毫秒至分钟级时间内显著降低能耗。

合成材料的拉曼光谱显示出石墨烯基材料的光谱特征，并显示出缺陷和氧含量。X 射线衍射显示了石墨晶格的特征，层间距稍大，这归因于插层官能团。X 射线光电子能谱证实 sp2 杂化碳是主要成分。高分辨率透射电子显微镜可深入了解多层结构和层间距的变化。与氧化形式的石墨烯相比，合成的原始石墨烯吸附全氟辛酸的效率几乎高出十倍，但与石墨烯基纳米复合材料相比，吸附效率略低。

结果表明，煤化程度高的无烟煤在峰值温度约3300 K时往往会形成高度石墨化的碳材料，在电容储能方面具有较高的速率能力（30Ag-1 时的容量保持率为79.1%）和较低的弛豫时间常数（τ0= 0.27s）。此外，从褐煤和烟煤中提取的低煤级闪速碳材料显示出更好的电容性能，在1Ag-1时容量超过80Fg-1。这项研究证明，FJH 技术在将煤炭转化为有价值的碳材料方面具有巨大潜力。

电热冲击技术利用碳纳米结构的高接触电阻产生的高温焦耳热和碳纳米材料的快速热响应，能够在局部区域熔化玻璃纤维，形成碳纳米材料与基体材料之间的强韧机械结合。这种技术不仅保持了玻璃纤维的原始机械性能，而且由于其超快的加热速率（超过1000°C/s），在短短几秒内即可完成纳米焊接过程，对材料的热影响降到最低。此外，电热冲击技术表现出卓越的性能，并且有潜力降低成本，提供了一种连续、超快、能效高且可卷对卷的制造过程，成为跨尺度制造领域中一种有前景的加热解决方案。这项技术的提出，不仅推动了纳米材料在宏观结构中的应用，也为先进复合材料的发展提供了新的制造策略。

本研究提出了一种创新的塑料废弃物热解灰（PA）的高值化利用方法。热解是塑料废弃物（PW）商业化回收的一种方式，但目前面临经济效益挑战，并且在处理过程中会产生高达20%的无价值PA副产品。本文展示了直接将PW衍生的PA转化为高纯度涡轮层状闪蒸石墨烯（tFG）的简便途径。

本研究详细探究了碳黑衍生的闪蒸石墨烯（CBFG）和聚(o-甲氧基苯胺)（POMA）在导电墨水中的协同效应。导电墨水作为电子印刷和传感器制造的关键材料，其性能优化对于推动柔性电子和可穿戴设备的发展具有重要意义。

本研究成功展示了一种科学机器学习（SML）框架，该框架有效地弥合了输入处理参数与预测的闪蒸石墨烯（FG）产率之间的差距。通过系统地运用代理机器学习（ML）模型和多物理场模拟，本研究开发了一种提取物理信息描述符的方法，包括电流衍生属性和模拟温度。这些额外的输入特征在提高最终ML模型的预测精度方面发挥了关键作用，这一点通过特征重要性分析得到了进一步验证。除了模拟温度（TSim.）和电荷密度（CD0），起始材料的选定物理属性也是重要的特征。通过定量分析对模型的可解释性提供了对FJH反应机制的洞见。

本研究深入探讨了 FJH技术在生物质废物转化石墨烯（Flash Graphene, FG）过程中的环境影响，并与传统石墨烯制备方法进行了比较分析。研究通过实验室规模的实验，使用交流（AC-FJH）和直流（DC-FJH）闪蒸焦耳加热系统，将林业和农业残留物（如锯末、小麦秸秆、玉米秸秆和稻草）转化为FG。实验结果表明，从0.2克生物质废物中可制备出约0.02克FG，同时测量了两种过程中的材料使用、能耗和空气污染排放情况，并将数据输入生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）模型进行分析。

本研究提出了一种通过引入缺陷来增强宿主材料锂离子存储能力的策略。在理解缺陷中的锂离子存储机制方面，构建纯净的缺陷具有重要意义。本文中，研究人员采用FJH技术，在仅1毫秒的时间内成功制备了不含复杂官能团的缺陷石墨烯。该技术制备的FJH还原石墨烯（F-RGO）具有大量缺陷，并且其独特的三维结构网络赋予了其超常的锂离子存储容量。特别是，F-RGO-5在第800个循环周期内达到了2500 mAh/g的最高容量，其三维结构设计使其能够承受高电流和长期循环而不出现严重衰减。在循环过程中，新生成的缺陷和缺陷诱导的锂镀层是容量提升的主要贡献因素，而枝晶的形成则主要导致容量衰减。