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Non‐Equilibrium Carbothermal Shock Upcycling: Atomically Precise Synthesis of Tailored SiC Polytypes and Novel Hybrid Graphene from Complex Composites

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作者
Jing Wu,Jiadong Yu,Beikai Zhang,Duanmei Song,Lanbin Wang,Lili Liu,Jinhui Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (15): e15938-e15938 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202515938
摘要

The complex, heterogeneous nature of challenging precursors, as seen in end-of-life wind turbine blades, typically comprises glass or carbon fiber-reinforced polymer composites with polyvinyl chloride foam cores. This complexity poses a significant material synthesis challenge, particularly for achieving high-value recovery with precise structural control. A transformative one-step, ultrafast carbothermal shock (CTS) process is presented that selectively converts these intricate, unseparated composites into high-value SiC polytypes or novel graphene structures. Leveraging ultrafast Joule heating, CTS enables remarkable atomic-scale phase control, facilitating kinetic trapping of specific non-equilibrium structures such as metastable 6H-SiC and a unique hybrid AB-turbostratic graphene. This unique hybrid graphene combines the high charge carrier mobility of AB-stacked nanodomains with the enhanced mechanical interlocking of turbostratic nanodomains. This results in exceptional electrical conductivity (1791 S m-1) and substantial mechanical reinforcement (+21.8%) in composites, significantly outperforming conventional reduced graphene oxide. Multiscale characterization and simulations elucidate the atomic-scale mechanisms driving this phase evolution and kinetic trapping. The study establishes a new paradigm for advanced materials synthesis from complex feedstocks, transforming critical waste into on-demand functional materials with compelling environmental benefits and dramatically lower operational costs. This sets the stage for sustainable material innovation and a circular economy.
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