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  • Les scientifiques créent du graphène à motifs sur les aliments, papier, chiffon, papier carton

    Le graphène induit par laser est un ajout hautement conducteur à un morceau de pain. Un laboratoire de l'Université Rice utilise un laser industriel pour écrire des motifs de graphène sur des objets du quotidien, y compris la nourriture, chiffon, carton et bois. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice

    Les scientifiques de l'Université Rice qui ont introduit le graphène induit par laser (LIG) ont amélioré leur technique pour produire ce qui pourrait devenir une nouvelle classe d'électronique comestible.

    Le laboratoire Rice du chimiste James Tour, qui a autrefois transformé les cookies Girl Scout en graphène, étudie des moyens d'écrire des motifs de graphène sur des aliments et d'autres matériaux pour intégrer rapidement des étiquettes d'identification conductrices et des capteurs dans les produits eux-mêmes.

    "Ce n'est pas de l'encre, " Tour a déclaré. "Ceci prend le matériau lui-même et le convertit en graphène."

    Le processus est une extension de l'affirmation du laboratoire de Tour selon laquelle tout ce qui a la bonne teneur en carbone peut être transformé en graphène. Dans les années récentes, le laboratoire a développé et étendu sa méthode de fabrication de mousse de graphène en utilisant un laser commercial pour transformer la couche supérieure d'un film polymère bon marché.

    La mousse est constituée de microscopiques, flocons réticulés de graphène, la forme bidimensionnelle du carbone. LIG peut être écrit dans des matériaux cibles dans des motifs et utilisé comme supercondensateur, un électrocatalyseur pour piles à combustible, antennes d'identification par radiofréquence (RFID) et capteurs biologiques, parmi d'autres applications potentielles.

    Les nouveaux travaux rapportés dans la revue American Chemical Society ACS Nano a démontré que le graphène induit par laser peut être brûlé dans du papier, papier carton, chiffon, charbon et certains aliments, même des toasts.

    "Très souvent, nous ne voyons pas l'avantage de quelque chose jusqu'à ce que nous le rendions disponible, " a déclaré Tour. " Peut-être que tous les aliments auront une petite étiquette RFID qui vous donnera des informations sur l'endroit où ils ont été, combien de temps il a été stocké, son pays et sa ville d'origine et le chemin qu'il a fallu pour se rendre à votre table."

    Il a déclaré que les balises LIG pourraient également être des capteurs qui détectent E. coli ou d'autres micro-organismes sur les aliments. "Ils pourraient s'allumer et vous signaler que vous ne voulez pas manger ça, " Tour a dit. " Tout ce qui pourrait être placé sur une étiquette séparée sur la nourriture, mais sur la nourriture elle-même."

    Plusieurs passes laser avec un faisceau défocalisé ont permis aux chercheurs d'écrire des motifs LIG dans le tissu, papier, pommes de terre, coques de noix de coco et liège, ainsi que des toasts. (Le pain est d'abord grillé pour « carboniser » la surface.) Le processus se déroule dans l'air à température ambiante.

    "Dans certains cas, le laser multiple crée une réaction en deux étapes, " Dit Tour. " D'abord, le laser convertit de manière photothermique la surface cible en carbone amorphe. Puis lors des passages suivants du laser, l'absorption sélective de la lumière infrarouge transforme le carbone amorphe en LIG. Nous avons découvert que la longueur d'onde compte clairement."

    Un laboratoire de l'Université Rice utilise un laser pour brûler du graphène sous la forme d'un hibou de riz dans un morceau de tissu prétraité avec un ignifuge qui transforme la surface en carbone amorphe. La technique créée à Rice permet de créer du graphène conducteur induit par laser sur de nombreuses surfaces. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice

    Les chercheurs se sont tournés vers le laser multiple et la défocalisation lorsqu'ils ont découvert que le simple fait d'augmenter la puissance du laser ne produisait pas un meilleur graphène sur une noix de coco ou d'autres matériaux organiques. Mais l'ajustement du processus leur a permis de fabriquer un micro supercondensateur en forme de "R" de riz sur leur peau de noix de coco deux fois lasée.

    La défocalisation du laser a accéléré le processus pour de nombreux matériaux, car le faisceau plus large permettait à chaque point d'une cible d'être laser plusieurs fois en un seul balayage raster. Cela a également permis un contrôle fin sur le produit, Tour dit. La défocalisation leur a permis de transformer un polyétherimide auparavant inapproprié en LIG.

    "Nous avons également découvert que nous pouvions prendre du pain, du papier ou du tissu et leur ajouter un produit ignifuge pour favoriser la formation de carbone amorphe, " a déclaré Yieu Chyan, étudiant diplômé de Rice, co-auteur principal de l'article. "Maintenant, nous sommes en mesure de prendre tous ces matériaux et de les convertir directement dans l'air sans nécessiter une boîte à atmosphère contrôlée ou des méthodes plus compliquées."

    Yieu Chyan, étudiant diplômé de l'Université Rice, la gauche, et le professeur James Tour. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice

    L'élément commun de tous les matériaux ciblés semble être la lignine, Tour dit. Une étude antérieure reposait sur la lignine, un polymère organique complexe qui forme des parois cellulaires rigides, comme précurseur de carbone pour brûler le LIG dans du bois séché au four. Liège, les coquilles de noix de coco et les peaux de pommes de terre ont une teneur en lignine encore plus élevée, ce qui a facilité leur conversion en graphène.

    Tour dit flexible, l'électronique portable peut être un marché précoce pour la technique. "Cela a des applications pour mettre des traces conductrices sur les vêtements, que vous souhaitiez chauffer les vêtements ou ajouter un capteur ou un motif conducteur, " il a dit.


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