重新發現石墨烯在愛迪生實驗中的起源

石墨烯被譽為迄今為止發現的最薄材料,由單層六邊形排列的碳原子組成。這種結構賦予其若干非凡的特性,使其在電池、超級電容器、天線、濾水器、晶體管、太陽能電池和觸摸屏等一系列應用中極具潛力。最初在實驗室合成石墨烯的物理學家於2010年獲得了諾貝爾物理學獎。引人注目的是,一項發表在《ACS Nano》期刊上的最新研究表明,19世紀的發明家托馬斯·愛迪生在一個多世紀前的白熾燈實驗中可能無意中將石墨烯作為副產品製造出來。

合著者、萊斯大學的化學家詹姆斯·圖爾對此表示興奮,他說:「用我們現在的工具和知識去重現托馬斯·愛迪生所做的事情,真是令人激動。發現他可能製造出石墨烯,激起了對歷史實驗中可能隱藏的其他見解的好奇心。如果我們的科學前輩能加入我們當今的實驗室,他們會提出什麼問題?當我們以現代視角重新檢查他們的努力時,我們能發掘出什麼答案?」

雖然愛迪生並未創立白熾燈的概念,但他的前輩版本通常壽命短暫且要求高電流,這使得它們不適合他對大規模商業化的願景。在對各種燈絲材料進行實驗時,包括碳化紙板和壓縮燈黑,愛迪生遇到快速燒壞的問題,與用不同草和藤如大麻和棕櫚製作的燈絲相似。最終,他發現碳化竹提供了最有效的燈絲,在110伏電源下能持續運行超過1200小時。

萊斯大學圖爾的研究生盧卡斯·埃迪尋求以最少的設備和成本有效地量產石墨烯,使用既經濟又易得的材料。在探索可能的方法如弧焊機和自然現象如雷擊樹木時,他發現這些「完全是死胡同」。埃迪得出結論,愛迪生的燈泡提供了一個理想的解決方案,因為與其他早期燈泡不同,他的版本能夠達到製作所需的2000攝氏度的閃光焦耳加熱——這是一種製作稱為混層石墨烯的最佳過程。

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