Les nouvelles utilisations de ce matériau innovant en font un sujet de recherche scientifique particulièrement prégnant. Le graphène a donné lieu à bon nombre de publications scientifiques d’université. Il a été mis à l’honneur grâce au prix Nobel 2010 de physique. Il a été attribué aux chercheurs Kostya Novoselov et Andre Geim de l’université de Manchester. Leur étude relate leurs expériences innovantes sur ce cristal de carbone bidimensionnel d’épaisseur atomique aux surprenantes propriétés.
L’oxyde de graphène serait-il le matériau innovant du XXIe siècle ?
Pour comprendre la structure du graphène, il faut commencer par décrire celle du graphite. Matériau noir constitué de carbone, le graphite est connu pour son utilisation dans les mines de crayon à papier.
La structure du graphite ressemble à celle d’un mille-feuille, dont toutes les couches sont composées d’un réseau d’atomes d’hydrocarbure. Le graphène correspond à l’une de ces feuilles une fois isolée. Il est donc composé d’une couche bidimensionnelle composée uniquement d’atomes de carbone disposés en forme d’hexagone, comme un motif nid d’abeilles.
Le mot « graphène » est ainsi utilisé pour désigner une variété de structures, allant de la mono couche d’atomes de carbone à plusieurs couches. Le nombre de couches de graphène, ainsi que leur nature conduisent aux appellations de graphène mono feuillet, multifeuillets ou oxyde de graphène.
L’histoire scientifique de ces matériaux commence dans les années 1840. À partir de cette date ont commencé les travaux de nombreux chercheurs sur la chimie du graphite. L’exfoliation et l’oxydation du graphite ont conduit à la formation d’oxyde de graphite puis d’oxyde de graphène de mauvaise qualité.
La découverte de ses propriétés électriques et électroniques a eu lieu cent ans plus tard. C’est entre 1968 et 75 que les publications scientifiques font état de dépôts d’hydrocarbures sur des métaux ou du graphène. Ceux-ci ont été obtenus par sublimation du silicium à partir de films de carbure de silicium. On parle alors de graphène » épitaxié », production perfectionnée par le CNRS.
L’oxyde de graphène possède de nombreuses propriétés qui font de lui un matériau innovant.
Ce matériau se positionne en tant que cristal de carbone, d’épaisseur atomique et conducteur électrique. Ses propriétés en font un des produits qui révolutionne le XXIe siècle.
Grâce à sa simplicité de fabrication par exfoliation, le matériau est intéressant pour l’industrie chimique et électronique. Un autre procédé de fabrication du graphène est le CVD (dépôt chimique en phase vapeur). Il consiste à faire monter du graphène sur un film métallique (en cuivre par exemple), exposé à la vapeur d’hydrocarbures. Ce film permet de casser les hydrocarbures et de collecter les atomes de carbone qui constituent le graphène.
Les propriétés électroniques de l’oxyde de graphène sont utilisées dans la recherche fondamentale. Mais de nombreuses applications industrielles dans le domaine des semi-conducteurs ou des semi-métaux sont aussi à l’étude.
Au-delà des propriétés électroniques du graphène, ses propriétés mécaniques ne sont pas en reste. S’il constitue une membrane de carbone rigide dans le plan (grâce aux liaisons entre atomes de carbone), il est en revanche flexible hors du plan. Cette propriété confirme que ce cristal bidimensionnel a de beaux jours devant lui.
Grâce à sa résistance, le graphène est également utilisé comme traitement de protection céramique sur les peintures automobiles, les carénages nautiques ou la vitrerie. La protection au graphène constitue un autre moyen de protéger durablement vos surfaces en les rendant plus résistantes.
