图1. MOS-FG的合成。(a) FJH过程示意图。(b) FJH过程中MOS样品的电阻率值。(c) FJH过程中通过碳源的电流，过程在毫秒级完成。(d) 不同预处理下FG反应的时间-温度图。
内容与分析： 该图详细展示了利用焦耳加热系统从机油烟灰（MOS）合成闪蒸石墨烯（FG）的过程。图a展示了FJH装置的原理：将MOS粉末压缩在铜电极之间，通过瞬间的高电流脉冲（图c显示电流可达500A）产生超高温（~3000K），从而将无定形碳转化为石墨烯。图b显示，通过预处理（低电压闪蒸）可以有效降低碳源的电阻率，这是成功进行后续高温闪蒸的关键。图d表明，预处理阶段的温度较低（<550°C），而主闪蒸阶段由于极高的电流导致了瞬间的超高温。整个过程快速、高效，且无需溶剂或催化剂，为低成本、绿色生产石墨烯提供了可行方案。
图2. MOS-FG的表征。(a) 闪蒸前后MOS和DP的拉曼光谱；(b) 闪蒸前后DP的XRD谱图；(c) MOS-FG的HR-TEM图像，显示FG的层状结构；(d) MOS-G, DP-FG, MOS和DP的XPS谱图。
内容与分析： 此图通过多种表征手段证明了FJH法成功生产出了高质量FG。图a的拉曼光谱是关键证据：闪蒸后的样品（MOS-FG和DP-FG）出现了明显的石墨烯特征峰——尖锐的G峰（~1580 cm⁻¹）和2D峰（~2700 cm⁻¹），且2D峰与G峰的强度比（I2D/IG）高达8-10，这表明生成的FG结晶度高、缺陷少。而闪蒸前的MOS和DP样品则没有这些特征峰，表明它们是无定形碳。图b的XRD显示闪蒸后出现了对应于石墨烯（002）晶面的宽化衍射峰（~27°），表明确实形成了涡轮层状结构的FG。图c的HR-TEM图像直接观察到了清晰的石墨烯层状结构，层间距约为4.5Å。这些结果共同证实了FJH技术能够有效地将废弃碳源升级为有价值的纳米材料。
图3. 混合物的力学性能。(a) 7天和28天的抗压强度；(b) 28天的劈裂抗拉强度；(c) 28天的抗弯强度；(d) 28天的弹性模量。
内容与分析： 该图展示了FG对水泥砂浆力学性能的增强效果，是本研究最重要的实验发现之一。从图a可以看出，添加0.1% FG的砂浆（M2-FG）在28天时的抗压强度比基准组（M1-ref）显著提高了38%。图b和图c显示，其28天的抗拉强度和抗弯强度也均提高了27%。图d表明，FG的加入使砂浆的弹性模量提升了34%。这些性能的提升主要归因于FG在水泥基体中的多种作用：纳米填充效应（细化孔隙）、成核效应（促进水化）、桥接效应（阻止微裂纹扩展）等。值得注意的是，性能提升在28天时比7天更显著，说明FG对水泥长期水化和微观结构发展有持续的积极影响。此结果证明了极少量的FG即可大幅提升水泥基材料的力学性能，具有重要的应用潜力。
图4. 砂浆混合物的耐久性特征和收缩。(a) 吸水率；(b) 随时间变化的收缩测量。
内容与分析： 此图评估了FG对砂浆耐久性相关性能的影响。图a的吸水率测试表明，FG增强砂浆（M2-FG）的吸水率（8%）略高于基准组（7.1%），但差异很小。这可能是由于FG本身的疏水性以及其填充纳米孔隙的作用，在一定程度上阻碍了水的侵入。图b的干燥收缩测试显示，两种砂浆的收缩行为在早期非常相似，FG砂浆甚至略低。但在后期（30天后），FG砂浆的收缩略微反超。总体而言，两者的收缩应变均远低于相关标准规定的限值。结果表明，虽然FG的加入对工作流动性有负面影响（使砂浆更粘稠），但它对砂浆的耐久性关键指标（如吸水率和收缩）并未产生显著的负面影响，这说明其在提升力学性能的同时，基本保持了良好的耐久性。
图5. 模型的初始构型。(a) 砂浆模型（CSH-SiO2）；(b) FG增强模型（CSH-FG-SiO2）及其相应的浓度分布（c和d）。 (e) 砂浆模型和 (f) FG增强模型中原子的强度分布。
内容与分析： 该图展示了分子动力学（MD）模拟中构建的原子模型，用于从微观机理上解释FG的增强作用。图a和图b直观地对比了不含FG和含FG的砂浆模型，后者在CSH（水化硅酸钙）和SiO2（砂）之间插入了一层FG。图c和图d的浓度分布图以及图e和图f的原子强度分布图显示，FG确实位于CSH和SiO2的界面区域。这表明在真实砂浆中，FG纳米片可以有效地填充和桥接在水化产物和骨料之间，从而改善界面过渡区（ITZ）的性能，这是水泥基材料通常的薄弱环节。模拟为FG的“桥接效应”和“填充效应”提供了原子尺度的可视化证据。
图6. (a, b) 显示不同原子与FG相互作用的局部结构快照；(c) 两种模型中CSH的Ca和SiO2的Si之间的RDF；(d) FG的C与水泥砂浆体系中不同原子之间的RDF。
内容与分析： 此图通过径向分布函数（RDF）深入分析了FG与水泥水化产物之间的相互作用机制，是揭示增强机理的关键。图c显示，在添加FG后，CSH中的Ca原子与SiO2中的Si原子之间的相互作用距离从3.0Å缩短到2.75Å，这表明FG的存在增强了水泥水化产物内部的键合（Ca-Si相互作用）。更重要的是，图d揭示了FG与水泥组分的直接相互作用：FG的碳原子与CSH中的Ca原子之间出现了第一个明显的高强度峰，表明它们之间形成了强烈的化学相互作用（很可能是由于缺电子的Ca原子与富电子的石墨烯之间的电荷吸引）。而FG与SiO2中的Si和O原子的相互作用则弱得多。这表明FG主要是通过与CSH中的钙元素发生强效相互作用，从而强化了整个水泥砂浆体系。MD模拟计算出的FG增强模型的弹性模量（E）比基准模型提高了49%，与实验测得的34%的提升趋势一致，从理论上验证了实验结果的可靠性。