综述：可扩展二维材料合成技术的进展：闪速焦耳加热及其他方法

这篇综述系统阐述了闪速焦耳加热（FJH）技术如何通过瞬时高温（3000 K）将废弃碳源（如塑料、生物质）高效转化为高质量二维材料（如涡轮层闪蒸石墨烯，tFG），其低能耗（无需催化剂/溶剂）、高纯度（≥95 at.%碳）特性为绿色纳米制造与循环经济提供了范式转变。结合机器学习（ML）优化工艺，该技术已在能源存储、环境修复等领域展现工业化潜力。

　　

ABSTRACT

闪速焦耳加热（FJH）技术以垃圾、生物质、塑料等废弃碳源为原料，通过毫秒级瞬时加热（达3000 K）无需催化剂或溶剂，直接合成高纯度涡轮层闪蒸石墨烯（tFG）。X射线光电子能谱（XPS）显示其碳纯度≥95 at.%且杂质极少，兼具优异的结构、热学和电化学性能。该技术可调控材料形貌与孔隙率，适用于储能、复合材料、电催化及环境净化。生命周期评估证实其较传统方法显著降低温室气体排放、耗水量及成本。机器学习（XGBoost回归）通过预测结晶度与产率进一步优化工艺，推动工业化进程。

Flash Joule Heating

FJH凭借超高能效与瞬时温升特性（表2），已拓展至过渡金属硫族化合物、纳米无机颗粒等多种材料合成。其在土壤净化、储能器件（如锂离子电池电极）中的应用尤为突出，通过调控电荷密度与电流参数实现碳源定向转化。

Machine Learning (ML) for FJH

传统实验方法难以捕捉毫秒级反应的动态过程，而ML模型（如XGBoost）通过分析电荷密度等关键参数，精准预测石墨烯结晶度，解决了工艺随机性问题。

Insights into Large-Scale Graphene Synthesis

商业化面临的核心挑战包括：

1. 石墨烯质量波动需通过拉曼光谱、分散性评估等标准化表征解决；
2. 废弃碳源预处理的一致性影响tFG产率；
3. 连续化生产设备开发是规模化关键。

Perspective and Future Outlook of FJH

Universal Matter Inc.等企业正推进FJH工业化试点，其能源效率（仅为化学气相沉积法，CVD的1/10）与废塑料转化能力（如ELV-WP）凸显经济与环境双重价值。

Extensions and Outlook of FJH

除石墨烯外，FJH还可合成六方氮化硼（hBN）等二维材料，并通过闪速碳热还原（FCR）制备金属碳化物。其与密度泛函理论（DFT）的结合有望揭示原子级反应机制。

Concluding remarks

FJH将低值碳废料转化为高值纳米材料（如轮胎衍生tFG），不仅革新了绿色制造范式，更通过机器学习与标准化推动循环经济落地。沙特阿拉伯KFUPM团队的研究为技术商业化提供了关键支撑。

（注：全文严格基于原文缩写与数据，未添加非文献内容）