莱斯大学(Rice University)的化学家们与福特汽车公司(Ford Motor Company)的研究人员合作，通过该大学的闪现焦耳加热工艺，将“报废”汽车的塑料部件转化为石墨烯。

一辆普通的SUV中含有多达350公斤(771磅)的塑料，这些塑料可以在垃圾填埋场里躺上几个世纪，但在新一期《自然》杂志的首期报道中，通信工程。

由莱斯大学化学家James Tour和研究生兼主要作者Kevin Wyss领导的这个项目的目标是重新利用石墨烯来制造用于新车的增强型聚氨酯泡沫。测试表明，注入石墨烯的泡沫材料抗拉强度提高了34%，低频噪声吸收能力提高了25%。这只占石墨烯重量的0.1%或更少。

当新车旧了，泡沫可以再次闪现成石墨烯。

图尔说:“福特从汽车粉碎厂给我们送来了10磅混合塑料垃圾。”“又泥泞又潮湿。我们把它闪了一下，我们把石墨烯送回福特，他们把它放进新的泡沫复合材料里，它做了它应该做的一切。

他说:“然后他们把新的复合材料寄给我们，我们把它们闪一闪，然后把它们变成石墨烯。”“这是循环利用的一个很好的例子。”

研究人员引用了一项研究，该研究估计，为了减轻重量和提高燃油经济性，汽车中使用的塑料量在过去六年中增加了75%。

图尔说，对汽车行业来说，按类型分离混合的报废塑料进行回收一直是一个长期问题，而且由于围绕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，制造商只允许将汽车的5%填埋。”“这意味着他们必须回收95%，这对他们来说简直是压倒性的。”

福特公司负责可持续发展的技术研究员黛博拉·米莱夫斯基(Deborah Mielewski)说，大部分混合塑料最终都被焚烧了。她指出，美国每年销毁1000万至1500万辆汽车，而全球每年销毁的汽车数量超过2700万辆。

她说:“我们在汽车上使用了数百种不同的塑料树脂、填料和增强材料组合，使材料无法分离。”“每个应用程序都有一个最经济地满足要求的特定负载/混合物。”

图尔说:“这些不像塑料瓶那样是可回收的，所以他们不能融化和重塑它们。”“所以，当福特的研究人员看到我们关于用闪光焦耳将塑料加热成石墨烯的论文时，他们伸出了援手。”

图尔实验室在2020年引入了利用闪焦耳加热来制造石墨烯的方法，它将混合的研磨塑料和焦炭添加剂(用于导电性)包装在管中的电极之间，并用高压将其炸开。突如其来的高温——高达近5000华氏度——会使其他元素蒸发，留下易于溶解的涡轮层石墨烯。

闪速加热具有显著的环境效益，因为该过程不需要溶剂，并且使用最少的能量来生产石墨烯。

为了测试报废的混合塑料是否可以转化，莱斯大学的实验室将报废的F-150皮卡上的塑料保险杆、垫片、地毯、垫子、座椅和门套制成的碎纸机“绒毛”磨成细粉末，而没有对部件进行清洗或预先分类。

实验室分两步对粉末进行闪光，首先在小电流下，然后在威斯为实验定制的加热器中进行大电流闪光。

粉末在低电流下加热10到16秒就会产生高度碳化的塑料，约占初始体积的30%。另外的70%被排出或回收为富含碳氢化合物的蜡和油，Wyss建议也可以回收利用。

然后将炭化的塑料进行大电流闪蒸，将85%的塑料转化为石墨烯，同时排出氢、氧、氯、硅和微量金属杂质。

将生命周期分析(LCA)纳入莱斯大学研究项目的机会也吸引了Wyss。他说:“我受可持续发展的驱动，这也是我职业生涯的重点。”

LCA包括比较从汽车零件中提取的石墨烯与用其他方法生产的石墨烯，并评估回收效率。他们的研究结果表明，与其他方法相比，闪光焦耳加热产生的石墨烯大大减少了能源、温室气体排放和水的使用，甚至包括将塑料碎纸机绒毛分解成粉末所需的能源。

福特研究中心专注于可持续性和新兴材料的技术专家Alper Kiziltas表示，自2018年以来，福特在其车辆中使用了多达60磅的聚氨酯泡沫，其中约2磅是石墨烯增强的。他说:“当我们从莱斯大学获得石墨烯后，我们将其少量加入到泡沫中，并看到了显著的改善。”“它在为我们的应用提供优异的机械和物理性能方面超出了我们的预期。”

石墨烯在福特显然前途无量。该公司首先将其引入到各种其他引擎盖下的组件中，并在2020年增加了石墨烯增强的发动机盖。Kiziltas表示，该公司也希望用它来加固硬塑料。

“随着福特向电动汽车转型，我们与Rice的合作发现将变得更加重要，”Mielewski说。“当你消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。”

“能够减少噪音是非常关键的，”她说。“因此，我们迫切需要能够更好地吸收噪音和振动的泡沫材料。这正是石墨烯可以以极低的水平提供惊人的噪音缓解的地方。”

该论文的其他共同作者是福特公司的罗伯特·德克莱因和雷切尔·科维诺。图尔是T.T.和W.F. Chao化学讲座主席，也是材料科学和纳米工程教授。

美国空军科学研究办公室(FA9550-19-1-0296)、美国能源部国家能源技术实验室(DE-FE0031794)和美国国家科学基金研究生研究奖学金支持该研究。