随着全球对可持续发展的关注不断增强，建筑行业在降低碳足迹方面面临着严峻挑战。近期，大连理工大学的韩宝国教授和香港理工大学的丁思齐研究助理教授在《Chemical Engineering Journal》上发表了一项重要研究，探讨了利用闪蒸焦耳加热（FJH）技术合成闪速石墨烯（FG）并将其应用于水泥基复合材料中，以实现力学性能的显著提升和碳排放的降低。
石墨烯因其优异的机械、热学和电学性能，被广泛认为是未来关键材料。然而，现有的高质量石墨烯制备工艺复杂且成本高昂，制约了其在土木工程材料中的应用。本研究采用FJH技术，旨在解决这一问题，实现低成本、高效率的石墨烯合成。
FG的合成
本研究利用碳黑作为碳源，通过FJH过程合成了两种FG，包括高纯度FG（FG-G）和导电FG（FG-D）。FG-G的ID/IG值低至0.52，显示出更高的石墨化程度和结构有序性。添加0.25 wt%的FG-D能显著提高水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度和抗折极限应变，分别提高了16.48 MPa/16.8%、1.43 MPa/37.2%和近2600 με/550%。
图1：FG的合成过程和FJH设备示意图。图中展示了FG-G和FG-D的合成过程，以及FJH设备的基本构造。
微观结构分析
微观结构表征结果显示，FG的加入减少了基体缺陷，增强了基体微观结构和钙硅酸盐水化凝胶的纳米结构，优化了孔结构，改善了材料的致密性和耐久性。
图2：FG的形貌和结构特征。SEM和TEM观察结果显示FG呈现涡轮状层状结构。
FG的合成：使用FJH技术，以碳黑为碳源成功合成FG-G和FG-D，展现出高纯度和优异的物理性质。
力学性能的提升：FG-D的添加显著提高水泥基复合材料的抗压和抗折强度。
微观结构改善：FG的加入优化了水泥浆体的微观结构，提高了水化程度和材料的致密性。
图3：FG改性水泥浆体的力学性能。显示FG的添加如何显著提高抗压和抗折强度。
本研究展示了FG作为水泥基复合材料增强剂的应用潜力，FJH技术为石墨烯制备提供了一种经济高效的途径。未来的研究将重点关注FG在更复杂材料体系中的应用及其长期耐久性和经济性评估。
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