(PhysOrg.com) -- Une nouvelle recherche de l'Université de Pennsylvanie démontre une méthode plus cohérente et plus rentable pour fabriquer du graphène, le matériau à l'échelle atomique qui a des applications prometteuses dans une variété de domaines, et a fait l'objet du prix Nobel de physique 2010.

Comme expliqué dans une étude récemment publiée, une équipe de recherche de Penn a pu créer du graphène de haute qualité qui n'a qu'un seul atome d'épaisseur sur 95% de sa surface, en utilisant des matériaux et des procédés de fabrication facilement disponibles qui peuvent être étendus à des niveaux industriels.

« Je suis au courant de rapports d'environ 90 %, donc cette recherche le rapproche du but ultime, qui est de 100 %, " a déclaré le chercheur principal de l'étude, À. Charlie Johnson, professeur de physique. « Nous avons la vision d'un processus entièrement industriel.

Les autres membres de l'équipe du projet comprenaient les boursiers postdoctoraux Zhengtang Luo et Brett Goldsmith, les étudiants diplômés Ye Lu et Luke Somers et les étudiants de premier cycle Daniel Singer et Matthew Berck, tout le département de physique et d'astronomie de Penn à l'École des arts et des sciences.

Les conclusions du groupe ont été publiées le 10 février dans la revue Chimie des Matériaux .

Le graphène est un réseau d'atomes de carbone en forme de fil de poulet disposés en feuilles minces d'une seule couche atomique d'épaisseur. Ses propriétés physiques uniques, y compris une conductivité électrique imbattable, pourrait conduire à des avancées majeures dans l'énergie solaire, stockage d'Energie, mémoire d'ordinateur et une foule d'autres technologies. Mais des processus de fabrication compliqués et des résultats souvent imprévisibles entravent actuellement l'adoption généralisée du graphène.

La production de graphène à l'échelle industrielle n'est pas entravée par le coût élevé ou la rareté des ressources naturelles - une petite quantité de graphène est probablement produite chaque fois qu'un crayon est utilisé - mais plutôt par la capacité de produire des quantités significatives avec une finesse constante.

L'une des techniques de fabrication les plus prometteuses est le CVD, ou dépôt chimique en phase vapeur, qui consiste à souffler du méthane sur de fines feuilles de métal. Les atomes de carbone du méthane forment un mince film de graphène sur les tôles, mais le processus doit être effectué dans un quasi-vide pour éviter que plusieurs couches de carbone ne s'accumulent en amas inutilisables.

Les recherches de l'équipe Penn montrent que le graphène à une seule couche d'épaisseur peut être produit de manière fiable à des pressions normales si les feuilles de métal sont suffisamment lisses.

« Le fait que cela se fasse à pression atmosphérique permet de produire du graphène à moindre coût et de manière plus flexible, " Luo, l'auteur principal de l'étude, mentionné.

Alors que d'autres méthodes impliquaient de préparer méticuleusement des feuilles de cuivre personnalisées dans un processus coûteux, Le groupe de Johnson a utilisé une feuille de cuivre disponible dans le commerce dans son expérience.

« Vous pourriez pratiquement l'acheter à la quincaillerie, ", a déclaré Johnson.

D'autres méthodes fabriquent des feuilles de cuivre personnalisées coûteuses dans le but de les rendre aussi lisses que possible; les défauts de surface provoquent une accumulation imprévisible du graphène. Au lieu, Le groupe de Johnson a "électropoli" sa feuille de cuivre, une technique industrielle courante utilisée dans la finition de l'argenterie et des outils chirurgicaux. La feuille polie était suffisamment lisse pour produire du graphène monocouche sur 95% de sa surface.

Travailler avec des matériaux disponibles dans le commerce et des procédés chimiques qui sont déjà largement utilisés dans la fabrication pourrait abaisser la barre pour les applications commerciales.

« Le système de production global est plus simple, Moins cher, et plus flexible », a déclaré Luo.

La simplification la plus importante peut être la possibilité de créer du graphène à des pressions ambiantes, car cela prendrait des mesures potentiellement coûteuses hors des futures chaînes d'assemblage de graphène.

« Si vous devez travailler dans un vide poussé, vous devez vous soucier de le faire entrer et sortir d'une chambre à vide sans avoir de fuite, ", a déclaré Johnson. « Si vous travaillez à la pression atmosphérique, vous pouvez imaginer l'électropolissage du cuivre, déposer le graphène dessus, puis le déplacer le long d'une bande transporteuse vers un autre processus dans l'usine.