作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 红外(热)图像显示了由蒸汽裂解焦油制成的加热装置，用激光退火，形成麻省理工学院的标志，以证明该过程的可控性
学分:麻省理工学院 麻省理工学院的一个研究小组称，焦油是一种日常材料，可以密封我们屋顶和车道上的接缝，它有一种意想不到的、不受重视的复杂性:有一天，它可能会被用作各种高科技设备的原材料，包括储能系统、热活性涂层和电子传感器
不仅仅是焦油
杰弗里·格罗斯曼教授对其他化石燃料也有非常不同的看法
他没有将这些材料作为廉价的商品来燃烧、封闭裂缝或处理，而是利用这些源自生物质的碳化合物的古老混合物中蕴含的高度复杂的化学物质，看到了广泛应用的潜力
这种应用的一个显著好处是，它们提供了一种重新利用材料的方法，否则这些材料会被燃烧，增加温室气体排放，或者被填埋处理
格罗斯曼说，这些用途可能会导致破坏气候的煤炭和其他碳基材料的“绿化”
在他的最新研究中，格罗斯曼与博士后臧、研究科学家尼古拉·费拉里斯和其他五人一起，找到了利用煤、焦油和沥青生产具有高度可控和可再现的电导率、孔隙率和其他特性的薄涂层的方法
通过使用激光，他们能够用廉价、无处不在的材料制造原型设备，包括储存电能的超级电容器、柔性应变仪和透明加热器
这项发表在《科学进展》杂志上的工作探索了使用碳质重烃的替代方法，这些碳质重烃是经过数百万年的高温高压对腐烂的植物物质进行地质处理而形成的
格罗斯曼说，这些材料提供了丰富多样的原子构型，具有不同的化学和结构特性，这是任何合成的、加工过的碳基纳米材料都无法比拟的
为了利用这些材料的特性，研究小组使用了一种叫做激光退火的工艺来制造碳质材料的超薄层，并将其沉积在基底上
他们通过在由不同碳基材料制成的层中沉积和蚀刻图案来生产特定的功能器件
从某种意义上来说，该团队所做的与化石燃料的传统加工相反，在传统加工中，复杂的碳氢化合物混合物经历了一个又一个分解化学键和分离出不同化合物的阶段
在这项工作中，使用了各种各样的重烃复合物，利用了在不同材料中发现的各种各样的性质——煤、石油蒸汽裂解焦油和中间相沥青，其中大多数要么是通常需要处理的副产品，要么是正在迅速淘汰的燃料
通过选择合适的原料和改变用于退火材料的激光脉冲的时间和强度，该团队能够控制一系列物理、光学、电学、磁学和其他性质
他们说，通过结合不同的材料，可以在一个衬底上一次性生产出一系列的器件
“然后，我们可以创造出从石墨烯到某种富含芳香的聚合物的一切，”费拉里斯说，“并且具有可以广泛改变的性质，从热和电绝缘体，到热和电导体
我们可以改变孔隙率，这样我们不仅可以制造固体薄膜，还可以制造高度多孔的材料，这样我们就可以制造薄膜
" 他说，这种材料属性的分类可以混合和匹配，例如，可能能够为三维打印创造各种碳质“墨水”
“但不是改变颜色，”费拉里斯说，“你实际上改变了你制造的前驱物的类型
你可以添加多一点焦油，少一点沥青，或者多一点我们在论文中强调的任何其他东西
举例来说，这可以让我们有能力在同一个薄膜里，按需制造一个薄膜、一个电子设备、一个能量储存系统等等
" 这些材料实际上可以是任何种类的重烃，其中许多作为石油生产或化学加工的废品大量存在
“本质上，我们寻找的是任何重芳烃物质，也就是人们不知道如何处理的重碳氢化合物，”臧说
“所以我们对可以使用什么是相当不可知的
" 他们说，通过使用精确定时和调谐的二氧化碳激光脉冲，研究小组能够控制涂层材料的特性，用脉冲喷射它，可以产生高达2000摄氏度的高度局部化温度，同时使周围区域不受影响，使得该过程甚至可以在塑料等软基底上进行
格罗斯曼说:“我们有这种高度异构、杂乱的原料，但它非常便宜，富含有用的化学物质。”
这个想法是要充分理解它，以便能够“应用简单、可扩展的制造工具，这样我们就可以利用这种理解，让它为我们做一些不同的事情。”
简而言之，他说，“我们发现这种材料以前被认为用途有限(例如，只能作为燃料燃烧)，通过了解它的原子结构，我们能够应用材料设计和工程原理，使它在更广泛的方面有用。”
" 费拉里斯说，虽然最初的工作集中在薄膜上，但原材料非常便宜，最终这些材料也可以用于大批量应用
“如果我们能够将这一过程扩大到大规模系统，例如，这可能会用于建筑材料或家庭隔热材料
实际上需要大量材料的东西
他表示:“这甚至可能为产煤区提供经济推动力，这些产煤区现在正遭受以煤为动力的发电厂行业的崩溃，成为一个全新的更高价值产品家族的生产商。”
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