焦耳熱閃蒸技術（FJH）幾乎可以將所有碳基前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為大量石墨烯。這項工作以炭黑為前驅(qū)物制備了閃蒸石墨烯（FG），并探討了它的形貌和性能。結(jié)果表明，F(xiàn)G主要由渦輪層狀石墨烯片（片層之間存在旋轉(zhuǎn)錯配）及褶皺的石墨烯片組成，其中褶皺的石墨烯片具有無定型碳的特征。為了獲得高質(zhì)量的渦輪狀閃蒸石墨烯，閃蒸時間應保持在30～100 ms之間。超過100 ms，tFG片會發(fā)生AB堆積進而形成塊狀石墨。原子模擬結(jié)果表明，普通熱處理過程主要形成褶皺石墨烯，石墨烯平面取向較少甚至沒有取向，而在電流直接作用材料可能會形成高質(zhì)量的渦輪狀閃蒸石墨烯。值得注意的是，渦輪狀石墨烯很容易通過剪切而剝離，因此焦耳熱閃蒸技術有望批量生產(chǎn)高質(zhì)量渦輪狀閃蒸石墨烯，且無需使用化學藥品或高能機械剪切進行預剝離。
Figure 1. 普通FJH特征。（a）碳源形成FG的FJH裝置示意圖，（b）FJH之后碳源石墨化示意圖，（c）電流隨時間的變化情況，（d）FJH之后FG的光學照片。
Figure 2. FJH產(chǎn)物的微觀形貌表征。包括TEM圖，F(xiàn)FT變換圖，以及HRTEM圖。
Figure 3. 模擬閃蒸石墨烯的形成。（a）無定形碳結(jié)構(gòu)用于高溫熱處理分子動力學模擬，熱處理期間（b）溫度情況，（c）石墨化程度，（d）赫爾曼的取向函數(shù)，（e-f）不同位置的直觀比較，（g-h）最終結(jié)構(gòu)。
Figure 4. 閃蒸時間對石墨烯形貌的影響。（a）組分百分數(shù)與閃蒸時間的函數(shù)關系，（b-c）Raman光譜，Raman分析：（d）2D/G強度比例，（e）2D峰位置，（f）2D FWHM。
Figure 5. 石墨烯生長過程表征。（a）石墨晶體的成核和生長過程，（b）可能的生長機制，（c-d）SEM圖，（e）剝離的FG的典型Raman光譜。
該研究工作由美國萊斯大學Boris I. Yakobson和James M. Tour課題組于2020年發(fā)表在ACS Nano期刊上。原文：Flash Graphene Morphologies。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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