Cars could get a ‘flashy’ upgrade | Rice News | News and Media Relations
莱斯大学的化学家与福特汽车公司的研究人员合作，通过大学的闪光焦耳加热过程，将“报废”汽车的塑料部件转化为石墨烯。
一辆SUV平均含有350公斤(771磅)的塑料，这些塑料可能会被埋在垃圾填埋场几个世纪，但它们不会被回收利用，这一报道发表在新一期的《自然》杂志《通信工程》上。
莱斯大学化学家詹姆斯·图尔(James Tour)和研究生、主要作者凯文·威斯(Kevin Wyss)领导的这个项目的目标是重新利用石墨烯，制造用于新汽车的增强聚氨酯泡沫。测试表明，石墨烯泡沫的抗拉强度提高了34%，低频噪声吸收提高了25%。这只是石墨烯重量的0.1%或更少。
而当新车报废后，泡沫又会再次被闪化成石墨烯。
图尔说:“福特从汽车碎纸机里给我们送来了10磅混合塑料垃圾。”“这里泥泞而潮湿。我们亮出石墨烯，把它送回福特，他们把它放入新的泡沫复合材料中，它就发挥了应有的作用。”
“然后他们把新的复合材料寄给我们，我们把它们发光，然后把它们变回石墨烯，”他说。“这是一个很好的循环回收的例子。”
研究人员引用了一项研究，该研究估计，仅在过去六年中，汽车使用的塑料数量就增加了75%，这是为了减轻重量和提高燃油经济性。
图尔说，将混合报废塑料按类型分类回收一直是汽车行业的一个长期问题，而且由于有关报废汽车的潜在环境法规，这个问题变得越来越重要。他说:“在欧洲，汽车回到制造商那里，制造商只允许填埋车辆的5%。”“这意味着他们必须回收95%的垃圾，这对他们来说简直难以承受。”
福特可持续发展技术研究员、论文合著者黛博拉·米耶夫斯基表示，大部分混合塑料最终都被焚烧了。她指出，美国每年撕碎1000万至1500万辆汽车，全球超过2700万辆。
她说:“我们在汽车上使用了数百种不同的塑料树脂、填料和增强材料，使这些材料不可能分离。”“每种应用都有特定的负载/混合物，最经济地满足要求。”
图尔说:“它们不像塑料瓶那样是可回收的，所以它们不能融化和重塑。”“所以，当福特的研究人员发现我们关于闪光焦耳将塑料加热成石墨烯的论文时，他们伸出了援手。”
Tour实验室于2020年推出了“闪光焦耳加热”(Flash Joule heating)来制造石墨烯，它将混合的塑料和焦炭添加剂(用于导电)包裹在管中的电极之间，然后用高压对其进行爆炸。突然的，强烈的加热接近5000华氏度——蒸发其他元素，留下易于溶解的涡轮增压石墨烯。
闪速加热提供了显著的环境效益，因为该工艺不需要溶剂，而且生产石墨烯使用的能源最少。
为了测试是否可以改造废旧的混合塑料，莱斯实验室将废旧F-150皮卡上的塑料保险杠、垫圈、地毯、垫子、座椅和门壳制成的碎纸机“绒毛”研磨成细粉末，无需清洗或预先分类组件。
实验室分两步展示粉末，首先在小电流下，然后在怀斯为实验专门设计的加热器中使用大电流。
粉末在小电流中加热10到16秒就会产生一个高度碳化的塑料，占初始体积的30%左右。另外70%的天然气被排出或以富含碳氢化合物的蜡和油的形式回收，Wyss建议这些油也可以回收。
然后对碳化塑料进行大电流闪烁，将85%的塑料转化为石墨烯，同时释放出氢气、氧气、氯、硅和微量金属杂质。
将生命周期分析(LCA)纳入赖斯研究项目的机会也吸引了Wyss。他说:“我的动力来自可持续发展，这也是我想在职业生涯中专注的领域。”
LCA将汽车闪光部件的石墨烯与其他方法生产的石墨烯进行比较，并评估回收效率。他们的结果表明，与其他方法相比，闪光焦耳加热产生的石墨烯在能源、温室气体排放和水的使用方面有显著的减少，甚至包括将塑料碎纸机绒毛变成粉末所需的能量。
福特研究中心专注于可持续性和新兴材料的技术专家阿尔珀·克兹尔塔斯(A泰国房产网lper Kiziltas)表示，自2018年以来，福特汽车一直在使用高达60磅的聚氨酯泡沫材料，其中约有2磅是石墨烯增强的聚氨酯泡沫材料。他说:“当我们从莱斯那里拿到石墨烯后，我们把它以很小的量加入到泡沫中，并看到了显著的改善。”“它为我们的应用提供了卓越的机械和物理性能，超出了我们的预期。”
石墨烯在福特公司显然前途无量。该公司首次将石墨烯引入其他各种发动机罩组件中，并于2020年添加了石墨烯强化发动机罩。克兹尔塔斯说，该公司还希望用它来加固硬塑料。
米耶夫斯基说:“随着福特转向电动汽车，我们与赖斯的合作发现将变得更加重要。”“当你去除内燃机产生的噪音时，你可以更清楚地听到车内外的一切。”
她说:“能够减轻噪音更为关键。”“所以我们迫切需要泡沫材料来更好地吸收噪音和振动。这正是石墨烯使用极低的水平可以提供惊人的噪声缓解的地方。”