石墨烯功能再開發，取代沙子將可製造更輕、更堅固的混凝土

當你想到我們即將耗盡的資源時，沙子可能並不在你的清單上，但事實上我們對混凝土的需求量很大，可用的沙子也並不多。萊斯大學的科學家們現在已經證明，用石墨烯代替沙子不僅可以節省沙子，還能使混凝土更輕、更堅固、更耐用。

儘管石墨烯只是一張只有一個原子厚的碳原子薄片，但它卻以無比堅固而著稱。因此，這種"神奇材料"被摻入混凝土中也就不足為奇了，通常是為了使混凝土更加堅固耐用。但這通常只是在配方中加入石墨烯，而在新的研究中，萊斯大學的研究小組希望用它完全取代沙子。

混凝土由三種主要成分組成：水、砂等骨料以及將其粘合在一起的水泥。按體積計算，砂是最大的成分，而由於現代人類對混凝土的貪得無厭，砂礦的開採量正在不斷增加。這一過程不僅具有破壞性，而且還面臨著資源枯竭的風險。

這項研究來自萊斯大學化學家詹姆斯-圖爾（James Tour）的實驗室，他的團隊多年來一直在使用他們開發的一種名為閃焦耳加熱的技術製造石墨烯。從本質上講，富含碳的基礎材料在電流的作用下迅速過熱，轉化為石墨烯薄片。在這種情況下，基礎材料是冶金焦炭，一種從煤炭中提取的燃料。

"最初的實驗是將冶金焦炭轉化為石墨烯，結果得到了一種大小與沙子相似的材料，"該研究的第一作者保羅-阿芬庫拉（Paul Advincula）說。"我們決定探索將冶金焦炭衍生的石墨烯用作混凝土中沙子的完全替代品，我們的研究結果表明，它的效果非常好。"

節省沙子並不是唯一的好處。與使用普通骨料製成的混凝土相比，這種混凝土的重量減輕了 25%，韌性提高了 32%，峰值應變提高了 33%，抗壓強度提高了 21%。但從另一方面看，其楊氏模量降低了 11%，而楊氏模量是衡量材料抗拉伸變形能力的指標。

研究小組表示，雖然石墨烯目前過於昂貴，無法使這種方法在商業上實現規模化，但它至少表明，還有其他方法可以採用。

這項研究發表在《ACS 應用材料》雜誌上。