Dans un développement qui pourrait conduire à de nouveaux composites de carbone et écrans tactiles, Des chercheurs de l'Université Rice et du Technion-Israel Institute of Technology ont dévoilé aujourd'hui une nouvelle méthode de production de grandes quantités de feuilles de carbone d'une épaisseur d'un atome appelée graphène.

La recherche est disponible en ligne dans la revue Nature Nanotechnologie .

Lorsqu'ils sont empilés ensemble, les feuilles de graphène font du graphite, qui a été couramment utilisé comme mine de crayon pendant des centaines d'années. Ce n'est qu'en 2004 que des feuilles de graphène autonomes ont été caractérisées pour la première fois avec des instruments nanotechnologiques modernes. Depuis, le graphène a fait l'objet d'un examen minutieux de la part des scientifiques des matériaux, en partie parce qu'il est à la fois ultrarésistant et hautement conducteur.

"Il existe des méthodes à haut débit pour fabriquer de l'oxyde de graphène, qui n'est pas aussi conducteur que le graphène, et il existe des méthodes à faible débit pour fabriquer du graphène pur, " a déclaré le co-auteur principal Matteo Pasquali, professeur de génie chimique et biomoléculaire et de chimie à Rice. "Notre méthode donne un matériau très pur, et il est basé sur des techniques de traitement des fluides en vrac qui sont utilisées depuis longtemps par l'industrie chimique."

Pasquali a déclaré que l'équipe de recherche avait découvert qu'il pouvait dissoudre le graphite dans l'acide chlorosulfonique, un solvant industriel courant. Les chercheurs ont dû concevoir de nouvelles méthodes pour mesurer l'agrégation des flocons de graphène dissous, mais à la fin, l'équipe a été agréablement surprise de constater que les couches individuelles de graphène dans le graphite se sont détachées spontanément. L'équipe a pu dissoudre jusqu'à deux grammes de graphène par litre d'acide pour produire des solutions au moins 10 fois plus concentrées que les méthodes existantes.

Les chercheurs ont profité de nouvelles techniques cryogéniques pour la microscopie électronique qui leur ont permis d'imager directement les feuilles de graphène dans l'acide chlorosulfonique.

"Nous avons appliqué de nouvelles méthodes que nous avions développées pour imager directement des nanotubes de carbone dans l'acide, " a déclaré le co-auteur Yeshayahu "Ishi" Talmon, professeur de génie chimique au Technion-Israel Institute of Technology. "Ce n'était pas un mince exploit compte tenu de la nature de l'acide et de la difficulté de préparation et d'imagerie des échantillons."

En utilisant les solutions concentrées de graphène dissous, les scientifiques ont fabriqué des films transparents qui étaient électriquement conducteurs. De tels films pourraient être utiles pour fabriquer des écrans tactiles moins chers que ceux utilisés dans les téléphones intelligents d'aujourd'hui. En outre, les chercheurs ont également produit des cristaux liquides.

"Si vous pouvez faire des cristaux liquides, vous pouvez filer des fibres, " a déclaré le co-auteur de l'étude James Tour, T.T. et W.F. de Rice Chao professeur de chimie. "Dans les cristaux liquides, les feuilles individuelles s'alignent en domaines, et avoir une certaine mesure d'alignement vous permet de faire circuler le matériau à travers des ouvertures étroites pour créer des fibres.

Si la méthode s'avère utile pour fabriquer des fibres de graphène en vrac, cela pourrait faire baisser le coût des composites de carbone ultrarésistants utilisés dans l'aérospatiale, secteurs de l'automobile et de la construction.