(PhysOrg.com) -- Nouveaux résultats de scientifiques de l'Université d'Umeľ, Suède, montrent que non seulement de l'eau mais aussi des solvants alcooliques peuvent être insérés pour étendre la structure de l'oxyde de graphite dans des conditions de haute pression. Les informations sont utiles dans la recherche de nouvelles méthodes pour développer des matériaux étonnants qui pourraient être utilisés par exemple dans la nanoélectronique et pour le stockage d'énergie.
L'oxyde de graphite a une structure en couches comme le graphite commun, utilisé dans les crayons, mais avec une distance accrue entre les couches. Il a également une capacité unique à incorporer divers solvants entre les couches. Même après 150 ans d'études, la structure de l'oxyde de graphite reste un mystère.
L'intérêt pour l'oxyde de graphite s'est récemment accru en raison de la possibilité de le convertir en graphène - une feuille de carbone d'un seul atome d'épaisseur. Le graphène a le potentiel de servir de base à une toute nouvelle classe de matériaux, qui sont ultra-résistants mais légers. Les matériaux extraordinaires pourraient par exemple être utilisés pour la nanoélectronique, dans les cellules solaires, pour la préparation de papiers exceptionnellement résistants, et améliorer le rendement énergétique des voitures et des avions. L'oxyde de graphite peut être converti en graphène par chauffage modéré et même par un flash d'un appareil photo ordinaire. Une méthode alternative est le traitement chimique de l'oxyde de graphite dispersé en solution. Pour rendre la conversion de l'oxyde de graphite en graphène plus efficace, les chercheurs doivent connaître des informations détaillées sur la structure de l'oxyde de graphite, y compris sa structure en solution dans diverses conditions.
« Nous avons découvert une gamme de nouveaux phénomènes pour l'oxyde de graphite dans des conditions de haute pression. Cela offre des possibilités supplémentaires de développer de nouveaux matériaux composites liés au graphène en utilisant un traitement à haute pression et de modifier chimiquement l'oxyde de graphite. De toute évidence, nous pouvons insérer des molécules plus grosses entre les couches d'oxyde de graphite en raison de l'expansion du réseau dans des conditions de haute pression. Aussi, lorsque des couches d'oxyde de graphite sont séparées par plusieurs couches de solvant, il est plus probable qu'elles restent séparées après réduction, empêchant ainsi la formation de graphite et facilitant la synthèse du graphène", dit le Dr Alexandr Talyzin.
L'année dernière, une équipe internationale de scientifiques suédois, Hongrie, L'Allemagne et la France ont signalé une propriété inhabituelle de l'oxyde de graphite :la structure s'est dilatée dans des conditions de haute pression en raison de l'insertion d'eau liquide. La nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Université d'Umeľ et réalisée sur la ligne de lumière suisse-norvégienne (ESRF, Grenoble) rapporte que non seulement de l'eau mais aussi des solvants alcooliques (méthanol et éthanol) peuvent être insérés entre des couches de graphène oxydé dans des conditions de haute pression.
"Toutefois, cela se produit d'une manière très différente par rapport à lorsque l'eau est insérée sous haute pression. L'alcool est inséré en une seule étape sous forme de couche complète dans la structure à une certaine pression tandis que l'insertion d'eau se produit progressivement, sans étapes claires", dit le docteur Alexandr Talyzin. Des expériences avec des mélanges de méthanol et d'eau ont prouvé que l'eau entre les couches d'oxyde de graphite est à l'état liquide et reste liquide même lorsque l'eau en vrac se solidifie autour des grains du matériau.
"La quantité supplémentaire d'eau et de méthanol est également libérée de la structure lorsque la pression diminue, ce qui se traduit par un effet de « respiration » structurel unique. Il est également remarquable que pour l'éthanol, la structure expansée à haute pression a été observée même après une libération complète de la pression", dit le Dr Alexandr Talyzin.
Les expériences ont été réalisées en utilisant des cellules à enclume de diamant, qui permettent de presser de minuscules échantillons jusqu'à des pressions très élevées et d'étudier les transformations de phase par diffraction des rayons X à travers les diamants. Les nouveaux résultats sont publiés dans J. Am. Chem. Soc par Alexandr V. Talyzin, Bertil Sundqvist, (Suède), Tamas Szabo, Imre Dekany (Hongrie) et Vladimir Dmitriev (France).
