Le site Internet du prix Nobel montre un chat se reposant dans un hamac en graphène. Bien que fictif, l'image capture l'excitation autour du graphène, lequel, à un atome d'épaisseur, est l'un des matériaux les plus minces et les plus résistants jamais produits.

Un obstacle important à la réalisation du potentiel du graphène réside dans la création d'une surface suffisamment grande pour supporter un chat endormi théorique. Pour l'instant, les scientifiques des matériaux assemblent des feuilles de graphène individuelles pour créer des feuilles suffisamment grandes pour étudier les applications possibles. Tout comme coudre des pièces de tissu ensemble peut créer des faiblesses là où les pièces se rencontrent, les défauts peuvent affaiblir les "joints de grains" où les feuilles de graphène sont cousues ensemble - du moins c'est ce que les ingénieurs avaient pensé.

Maintenant, des ingénieurs de l'Université Brown et de l'Université du Texas-Austin ont découvert que les joints de grains ne compromettent pas la résistance du matériau. Les joints de grains sont si forts, En réalité, que les feuilles sont presque aussi solides que le graphène pur. L'astuce, ils écrivent dans un article publié dans Science , réside dans les angles auxquels les feuilles individuelles sont cousues ensemble.

"Quand tu as plus de défauts, vous vous attendez à ce que la force soit compromise, " a déclaré Vivek Shenoy, professeur d'ingénierie et auteur correspondant de l'article, "mais ici c'est juste le contraire."

La découverte peut propulser le développement de feuilles de graphène plus grandes pour une utilisation en électronique, optique et autres industries.

Le graphène est une surface bidimensionnelle composée d'atomes de carbone fortement liés dans un ordre presque sans erreur. L'unité de base de ce modèle de réseau se compose de six atomes de carbone reliés entre eux chimiquement. Lorsqu'une feuille de graphène est jointe à une autre feuille de graphène, certains de ces hexagones à six carbones deviennent des liaisons à sept carbones – des heptagones. Les points où se produisent les heptagones sont appelés « liaisons critiques ».

Les liens critiques, situé le long des joints de grains, avaient été considérés comme les maillons faibles du matériel. Mais quand Shenoy et Rassin Grantab, un étudiant diplômé de cinquième année, analysé combien de résistance est perdue aux joints de grains, ils ont appris quelque chose de différent.

« Il s'avère que ces joints de grains peuvent, dans certains cas, être aussi fort que le graphène pur, " a déclaré Shenoy.

Les ingénieurs ont alors cherché à savoir pourquoi. À l'aide de calculs atomistiques, ils ont découvert que l'inclinaison de l'angle auquel les feuilles se rencontrent - les joints de grains - a influencé la résistance globale du matériau. L'orientation optimale produisant les feuilles les plus résistantes, ils rapportent, est de 28,7 degrés pour les feuilles avec un motif de fauteuil et de 21,7 degrés pour les feuilles avec une disposition en zigzag. On les appelle joints de grains à grand angle.

Les joints de grains à grand angle sont plus forts car les liaisons dans les heptagones sont plus proches en longueur des liaisons naturellement présentes dans le graphène. Cela signifie que dans les joints de grains à grand angle, les liaisons dans les heptagones sont moins tendues, ce qui aide à expliquer pourquoi le matériau est presque aussi résistant que le graphène pur malgré les défauts, dit Shenoy.

"C'est la façon dont les défauts sont arrangés, " a déclaré Shenoy. " Le joint de grain peut mieux s'adapter aux heptagones. Ils sont plus détendus."