(Phys.org) — Il peut sembler impossible qu'un morceau de graphène de 1 nm d'épaisseur, constitué d'une seule couche d'atomes de carbone et contenant des atomes de chlore et de fluor, puisse fonctionner comme un moteur à combustion à deux temps. Après tout, à l'échelle macro, les moteurs à deux temps sont souvent utilisés pour alimenter des appareils tels que des tronçonneuses et des motos. Bien que la version nanométrique soit également très puissante, ses applications potentielles dans les nanodispositifs de prochaine génération seraient bien sûr très différentes.

Bien que les conceptions de micro/nano moteurs soient souvent inspirées de moteurs macroscopiques, c'est le premier moteur nanométrique qui imite un moteur à combustion interne, malgré la généralisation des moteurs à deux et quatre temps depuis le 19 ^e siècle.

Chercheurs Jong Hak Lee, et al., du groupe du professeur Barbaros Özyilmaz au Centre de recherche sur le graphène de l'Université nationale de Singapour, ont publié un article sur le petit moteur de graphène dans un récent numéro de Lettres nano .

"La beauté de cette approche est que notre moteur est très simple et n'a pratiquement aucun sous-produit (échappement), nous n'avons pas non plus besoin de conditions de travail spécifiques; nous pensons donc qu'il s'agit d'un moteur viable pour les nanomachines pour des applications variées, " Lee a dit Phys.org . "Semblable à celui des véhicules de tous les jours, un nanomoteur ou un rotor capable de générer un mouvement directionnel à l'échelle nanométrique est essentiel pour les applications nanomachines ou nanorobotiques. Le graphène est connu pour avoir la plus haute résistance parmi les matériaux, ce qui est très utile pour cette application. C'est la première fois que quelqu'un explore le graphène pour de telles applications. Donc, nous espérons que notre travail inspirera d'autres groupes à proposer de nombreuses autres applications potentielles."

Alors que dans un moteur classique à deux temps, un piston monte et descend pour générer une haute pression, dans la couche de graphène à un seul atome d'épaisseur, le graphène est lui-même le piston. Lorsqu'un faisceau laser irradie une tache sur le graphène, cela fait que le graphène forme une petite cloque en forme de dôme. L'activation et la désactivation rapides du laser provoquent le soulèvement et l'aplatissement répétés du blister, semblable au mouvement d'un piston.

Une partie de la raison pour laquelle cela fonctionne est à cause des propriétés mécaniques uniques du graphène, en particulier sa grande élasticité et sa résistance. Mais pour que le moteur de graphène fonctionne, les chercheurs ont également dû insérer du fluorure de chlore (ClF 3 ) molécules dans le réseau de graphène. Le ClF 3 les molécules et les atomes de carbone du graphène sont maintenus ensemble par des liaisons ioniques carbone-fluor.

Lorsqu'il est exposé au faisceau laser, ces liens se dissocient, ce qui conduit à une augmentation rapide de la pression entre le graphène et son substrat. Cette pression est d'environ 1 million de Pa, qui est plusieurs fois supérieure à la pression moyenne d'un pneu de voiture. La haute pression entraîne à son tour la formation d'une ampoule. Une fois le laser éteint, le ClF 3 molécules chimisorbées sur le graphène, la réforme des liaisons ioniques, la pression diminue, et la cloque disparaît.

Les scientifiques ont observé que la taille du blister varie avec la puissance du laser. Par exemple, Une puissance laser de 0,32 mW donne un blister d'un diamètre d'environ 550 nm. Au-dessus de 8,5 mW de cyclage répété, la pression devient si élevée et l'expansion de volume si importante que le blister éclate.

Les chercheurs ont démontré que le moteur au graphène présente une fiabilité exceptionnelle. Après 10, 000 cycles, le moteur continue de fonctionner sans dégradation. Le moteur au graphène est également très économe en énergie.

À l'avenir, les chercheurs souhaitent améliorer le moteur en explorant les paramètres d'éclairage et la vitesse d'allumage/extinction, ainsi que de connecter le moteur à une charge cible. Ils espèrent également étudier ses diverses applications potentielles.

"Comme une simple application de ce nanomoteur, nous pourrions utiliser ce mouvement bombé du nanomoteur à graphène comme pompe ou valve pour une application nanofluidique, " Lee a dit. " En fin de compte, notre nouveau moteur peut être facilement intégré dans diverses applications en combinant les techniques MEMS ou NEMS pour transférer la force générée à chacun des composants. À l'avenir, il peut être facilement implanté dans des nanorobots et autres nanomachines."

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