(PhysOrg.com) -- Les propriétés remarquables du graphène et du téflon ont été combinées dans un nouveau matériau par les lauréats du prix Nobel de physique de cette année.
Kostya Novoselov et André Geim, travaillant à l'Université de Manchester, ROYAUME-UNI, premier graphène isolé en 2004. C'était une tâche délicate, comme on pourrait s'y attendre si un prix Nobel fait partie des récompenses, même si cela impliquait d'utiliser du ruban adhésif modeste pour décoller les surfaces une couche à la fois. Ils ont découvert que le graphène était la forme de carbone la plus fine et la plus résistante, et qu'il pouvait mieux conduire la chaleur que tout autre matériau connu. En tant que conducteur d'électricité, il fonctionne aussi bien que le cuivre. Leurs efforts les plus récents ont conduit à un nouveau matériau dérivé qui est tout aussi solide et encore plus stable que le graphène d'origine, mais cela ne conduit pas du tout l'électricité :ce qu'on appelle le fluorographène.
Le graphène lui-même est une couche atomique unique du matériau graphite, que l'on trouve couramment dans les crayons. Au niveau moléculaire, il a une structure plate en nid d'abeilles d'hexagones de connexion avec des atomes de carbone aux sommets. Des nuages d'électrons se sont répandus sur les surfaces supérieure et inférieure, c'est pourquoi le matériau conduit si bien l'électricité.
La réalisation actuelle du groupe de Manchester, en étroite collaboration avec des collaborateurs internationaux, est de placer un atome de fluor sur chaque atome de carbone, détruisant ainsi le nuage d'électrons et empêchant l'électricité de circuler dans des conditions normales, mais sans empiéter sur l'intégrité structurelle du cadre de carbone. Dans des travaux antérieurs, ils avaient ajouté des atomes d'hydrogène au lieu de fluor, mais a trouvé que le matériau résultant était instable à haute température.
La dernière percée est publiée cette semaine dans le journal Petit . Rahul Raveendran-Nair est chercheur de troisième cycle à l'Université de Manchester et responsable de la publication. Il décrit le fluorographène comme « l'isolant le plus mince possible, fabriqué en attachant des atomes de fluor à chacun des atomes de carbone du graphène. C'est le premier dérivé chimique stoechiométrique du graphène et c'est un semi-conducteur à large écart. Le fluorographène est un composé mécaniquement résistant et chimiquement et thermiquement stable. Les propriétés de ce nouveau matériau sont très similaires à celles du Téflon et nous appelons ce matériau Téflon 2D.
Développer une méthode appropriée pour fabriquer ce téflon 2D n'a pas été simple. « Le fluor est un élément hautement réactif, et il réagit avec presque tout. Le défi majeur était donc de fluorer entièrement le graphène sans endommager le graphène et ses substrats de support. Notre fluoration de membranes de graphène monocouche sur une grille de support chimiquement inerte et du papier de graphène en vrac à température élevée surmonte ce problème technique, », explique Raveendran-Nair.
Les auteurs envisagent que le fluorographène soit utilisé en électronique, mais reconnaissent que « pour des applications électroniques réalistes, la qualité électronique doit être améliorée. Nous espérons que cela pourra être réalisé très bientôt. Certaines applications électroniques possibles du fluorographène sont son utilisation comme barrière tunnel et comme matériau isolant ou barrière de haute qualité pour l'électronique organique. » D'autres domaines d'application sont également possibles. Par exemple, en tant que semi-conducteur à grand espace entièrement transparent à la lumière visible, le fluorographène pourrait bien trouver une utilisation dans les LED (diodes électroluminescentes) et les écrans.
Le groupe de Manchester n'était pas le seul impliqué, et des collaborateurs de Chine (Shenyang National Laboratory for Materials Science), Pays-Bas (Université Radboud de Nimègue), Pologne (Institut de technologie des matériaux électroniques), et la Russie (Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry) ont ajouté leur expertise. Selon Raveendran-Nair, avoir une si grande équipe a aidé à entreprendre une enquête approfondie sur le fluorographène; « Nous avons tous travaillé très dur pour faire de ce projet un succès. Nous avons utilisé une grande variété de techniques de caractérisation et des études très détaillées pour comprendre les propriétés de ce nouveau matériau.
Au cours du projet, les dirigeants ont été nommés lauréats du prix Nobel, mais apparemment, la vie de travail dans le groupe n'a pas beaucoup changé. « Même dans leur nouvelle vie bien remplie, les deux professeurs travaillent toujours en étroite collaboration avec tous les membres du groupe et sont très impliqués dans la recherche quotidienne », dit Raveendran-Nair. «Travailler avec eux est une grande inspiration. C'est à la fois un endroit gratifiant et agréable pour entreprendre des recherches.
