Couches de carbone bidimensionnelles, les graphènes, sont considérés comme un substitut possible du silicium dans l'industrie des semi-conducteurs. Les propriétés électroniques de ces couches peuvent être modifiées en « incorporant » des réseaux spécifiques de trous dans leur structure. Les physiciens de l'Empa, La Suisse, en collaboration avec des chimistes de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères à Mayence, Allemagne, ont, pour la première fois, réussi à synthétiser un polymère poreux de type graphène avec une précision atomique.

Le graphène est constitué d'une couche de carbone bidimensionnelle dans laquelle les atomes de carbone sont disposés sur un réseau hexagonal, ressemblant à un nid d'abeille. Les nanotubes de carbone sont des feuilles de graphène enroulées, et d'épaisses piles de feuilles de graphène forment du graphite.

Le graphène possède des caractéristiques très spéciales - il est extrêmement résistant à la déchirure, un excellent conducteur thermique, et réconcilie des qualités conflictuelles telles que la fragilité et la ductilité. En outre, le graphène est imperméable aux gaz, ce qui le rend intéressant pour des applications impliquant des membranes étanches à l'air. En raison de ses propriétés électroniques inhabituelles, le graphène est considéré comme un matériau de substitution possible au silicium dans les technologies des semi-conducteurs.

En insérant des trous d'une taille et d'une distribution spécifiques dans des feuilles de graphène, il doit être possible de conférer au matériau des caractéristiques électroniques particulières. Pour ces raisons, des recherches intensives sont menées dans le monde entier sur la synthèse et la caractérisation de polymères bidimensionnels de type graphène. Le graphène et les polymères de type graphène sont actuellement des sujets de recherche brûlants en science des matériaux, avec cette année le Körber European Science Award décerné au physicien néerlandais Andre Geim pour ses études pionnières dans le domaine des cristaux de carbone bidimensionnels.

Nouveau mode de fabrication :synthèse « bottom-up » sur surfaces métalliques

Avec des collègues de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères à Mayence, des scientifiques du laboratoire "nanotech@surfaces" de l'Empa ont réussi pour la première fois à synthétiser un polymère de type graphène avec des pores bien définis. Pour réaliser cet exploit, les chercheurs ont permis aux éléments constitutifs chimiques des cycles phényle fonctionnalisés de « pousser » spontanément en une structure bidimensionnelle sur un substrat d'argent. Cela a créé une forme poreuse de graphène avec des diamètres de pores d'un seul atome et des espacements de pore à pore de moins d'un nanomètre.

Jusqu'à maintenant, le graphène poreux a été fabriqué à l'aide de procédés lithographiques au cours desquels les trous sont ensuite gravés dans la couche de matériau. Ces trous sont, cependant, beaucoup plus grand que quelques atomes de diamètre. Ils sont également moins proches les uns des autres et nettement moins précisément façonnés qu'avec la technique "bottom-up" basée sur l'auto-assemblage moléculaire développée par le groupe Empa et Max Planck. Dans ce processus, les éléments constitutifs moléculaires se rejoignent spontanément à des points de liaison définis chimiquement pour former un ensemble régulier, réseau à deux dimensions. Cela permet de synthétiser des polymères de type graphène avec des pores plus fins que ce qui est possible par toute autre technique.

Plus d'information:

• " Graphènes poreux :synthèse bidimensionnelle de polymères avec une précision atomique ", Marco Bieri, Matthias Treier, Jinming Cai, Kamel Aït-Mansour, Pascal Ruffieux, Olivier Gröning, Pierangelo Gröning, Marcel Kastler, Ralph Rieger, Xinliang Feng, Klaus Mullen, et Roman Fasel, Chem. Commun. , 2009, 6919-6921
www.rsc.org/Publishing/Journal … cle.asp?doi=b915190g

• « Highlights in Chemical Science » par « RSC (Royal Society of Chemistry) Publishing » :www.rsc.org/Publishing/ChemSci … neycomb_networks.asp

• "Point culminant de la recherche" dans Chimie de la nature :www.nature.com/nchem/reshigh/2 … /full/nchem.415.html

Fourni par l'EMPA