赖斯大学詹姆斯·图尔(James Tour)实验室近期在期刊《ACS Nano》发表研究称,托马斯·爱迪生在1879年开发稳定灯泡的实验过程中,可能在不知情的情况下生成了石墨烯。
论文指出,石墨烯是一种厚度仅为单个原子的碳材料,具有透明且强度极高等特性,已在半导体等现代技术领域获得应用。研究团队关注的一类材料为“旋转错位石墨烯”,其制备思路之一是对电阻性碳基材料施加电压,并在极短时间内将其快速加热至约2000至3000摄氏度;在现代实验语境中,这一方法被称为“闪光焦耳加热”。
研究第一作者、曾在图尔实验室就读的赖斯大学前研究生卢卡斯·埃迪(Lucas Eady)在论文中介绍,他在探索以易得、成本较低材料实现石墨烯规模化制备的过程中,尝试过多种方案但收效有限。随后,他将思路转向“最小且最简便”的闪光焦耳加热装置,并联想到早期白炽灯常使用碳基灯丝。

研究团队选择复现爱迪生灯泡设计,原因之一在于该专利结构被认为能够达到约2000摄氏度这一关键温度;同时,爱迪生1879年的专利也为实验复现提供了明确的结构蓝图。埃迪在获取“爱迪生风格”灯泡时遇到困难:部分市售产品虽标称“碳”灯丝,但实际为钨丝。最终,他在纽约市一家小型艺术品商店找到手工制作的灯泡,其结构与早期设计一致,并使用日本竹丝作为灯丝材料。
在实验操作上,研究人员将灯泡连接至110伏直流电源并通电约20秒。论文称,若加热时间过长,产物更可能转向石墨而非石墨烯。通电后,研究人员通过光学显微镜观察到灯丝颜色由深灰转为“明亮银色”。
为确认材料变化,研究团队采用拉曼光谱进行表征。论文称,光谱结果显示灯丝部分区域已转化为旋转错位石墨烯。

研究同时强调,尽管复现实验显示在类似条件下可生成石墨烯,但这并不能直接证明爱迪生当年的实验确实获得并保留了该材料。论文指出,即便能够对爱迪生使用的原始灯泡进行分析,任何可能生成的石墨烯也可能在其首次约13小时的测试过程中转变为石墨。
论文通讯作者、赖斯大学T.T.和W.F.赵化学教授詹姆斯·图尔表示,利用现有工具与知识复现历史实验具有启发意义,并促使研究者重新审视早期实验中可能被忽略的现象与信息。
