焦耳热闪蒸技术（FJH）几乎可以将所有碳基前驱体转化为大量石墨烯。这项工作以炭黑为前驱物制备了闪蒸石墨烯（FG），并探讨了它的形貌和性能。结果表明，FG主要由涡轮层状石墨烯片（片层之间存在旋转错配）及褶皱的石墨烯片组成，其中褶皱的石墨烯片具有无定型碳的特征。为了获得高质量的涡轮状闪蒸石墨烯，闪蒸时间应保持在30～100 ms之间。超过100 ms，tFG片会发生AB堆积进而形成块状石墨。原子模拟结果表明，普通热处理过程主要形成褶皱石墨烯，石墨烯平面取向较少甚至没有取向，而在电流直接作用材料可能会形成高质量的涡轮状闪蒸石墨烯。值得注意的是，涡轮状石墨烯很容易通过剪切而剥离，因此焦耳热闪蒸技术有望批量生产高质量涡轮状闪蒸石墨烯，且无需使用化学药品或高能机械剪切进行预剥离。
 
Figure 1. 普通FJH特征。（a）碳源形成FG的FJH装置示意图，（b）FJH之后碳源石墨化示意图，（c）电流随时间的变化情况，（d）FJH之后FG的光学照片。
 

Figure 2. FJH产物的微观形貌表征。包括TEM图，FFT变换图，以及HRTEM图。
 

Figure 3. 模拟闪蒸石墨烯的形成。（a）无定形碳结构用于高温热处理分子动力学模拟，热处理期间（b）温度情况，（c）石墨化程度，（d）赫尔曼的取向函数，（e-f）不同位置的直观比较，（g-h）最终结构。
 

Figure 4. 闪蒸时间对石墨烯形貌的影响。（a）组分百分数与闪蒸时间的函数关系，（b-c）Raman光谱，Raman分析：（d）2D/G强度比例，（e）2D峰位置，（f）2D FWHM。
 

Figure 5. 石墨烯生长过程表征。（a）石墨晶体的成核和生长过程，（b）可能的生长机制，（c-d）SEM图，（e）剥离的FG的典型Raman光谱。

     该研究工作由美国莱斯大学Boris I. Yakobson和James M. Tour课题组于2020年发表在ACS Nano期刊上。原文：Flash Graphene Morphologies。

摘自《石墨烯杂志》公众号：