Graphène, considéré comme le nouveau matériau le plus passionnant à l'étude dans le monde de la nanotechnologie, devient encore plus intéressant, selon une nouvelle étude réalisée par un groupe de chercheurs de l'Université du Colorado Boulder.

Les nouvelles découvertes - que le graphène a des qualités d'adhérence étonnamment puissantes - devraient aider à guider le développement de la fabrication de graphène et de dispositifs mécaniques à base de graphène tels que les résonateurs et les membranes de séparation de gaz, selon l'équipe de CU-Boulder. Les expériences ont montré que l'extrême flexibilité du graphène lui permet de se conformer à la topographie des substrats les plus lisses.

Le graphène est constitué d'une seule couche d'atomes de carbone liés chimiquement dans un treillis de grillage hexagonal. Sa structure atomique unique pourrait un jour remplacer le silicium comme base d'appareils électroniques et de circuits intégrés en raison de sa remarquable puissance électrique, propriétés mécaniques et thermiques, a déclaré le professeur adjoint Scott Bunch du département de génie mécanique de CU-Boulder et auteur principal de l'étude.

Un article sur le sujet a été publié en ligne dans le numéro du 14 août de Nature Nanotechnologie . Les co-auteurs de l'étude comprenaient les étudiants diplômés de CU-Boulder Steven Koenig et NarasimhaBoddeti et le professeur Martin Dunn du département de génie mécanique.

« La véritable excitation pour moi est la possibilité de créer de nouvelles applications qui exploitent la flexibilité et les caractéristiques adhésives remarquables du graphène et de concevoir des expériences uniques qui peuvent nous en apprendre davantage sur les propriétés à l'échelle nanométrique de ce matériau étonnant, " dit Bunch.

Non seulement le graphène a la conductivité électrique et thermique la plus élevée parmi tous les matériaux connus, mais ce "matériau merveilleux" s'est avéré être le plus fin, matériau le plus rigide et le plus résistant au monde, en plus d'être imperméable à tous les gaz standards. Ses propriétés d'adhérence nouvellement découvertes peuvent maintenant être ajoutées à la liste des qualités apparemment contradictoires du matériau, dit Bunch.

L'équipe CU-Boulder a mesuré l'énergie d'adhésion de feuilles de graphène, allant d'une à cinq couches atomiques, avec un substrat en verre, en utilisant un "blister test" sous pression pour quantifier l'adhérence entre le graphène et les plaques de verre.

L'énergie d'adhérence décrit à quel point deux choses sont "collantes" lorsqu'elles sont placées ensemble. Le scotch est un exemple de matériau à forte adhérence; le lézard gecko, qui défie apparemment la gravité en agrandissant les murs verticaux en utilisant l'adhérence entre ses pieds et le mur, en est un autre. L'adhérence peut également jouer un rôle préjudiciable, comme dans les structures micromécaniques suspendues où l'adhérence peut provoquer une défaillance de l'appareil ou prolonger le développement d'une technologie, dit Bunch.

La recherche CU, les premières mesures expérimentales directes de l'adhésion de nanostructures de graphène, ont montré que les soi-disant "forces de van der Waals" - la somme des forces attractives ou répulsives entre les molécules - fixent les échantillons de graphène aux substrats et maintiennent également ensemble les feuilles de graphène individuelles dans des échantillons multicouches.

Les chercheurs ont découvert que les énergies d'adhésion entre le graphène et le substrat de verre étaient de plusieurs ordres de grandeur supérieures aux énergies d'adhésion dans les structures micromécaniques typiques, une interaction qu'ils ont décrite comme plus liquide que solide, dit Bunch.

L'étude CU-Boulder a été financée principalement par la National Science Foundation et la Defense Advanced Research Projects Agency.

L'importance du graphène dans le monde scientifique a été illustrée par le prix Nobel de physique 2010 qui a honoré deux scientifiques de l'Université de Manchester en Angleterre, André K. Geim et Konstantin Novoselov, pour produire, isoler, identifier et caractériser le graphène.

Il existe un intérêt à exploiter les incroyables propriétés mécaniques du graphène pour créer des membranes ultrafines pour des séparations écoénergétiques telles que celles nécessaires au traitement du gaz naturel ou à la purification de l'eau, tandis que les propriétés électriques supérieures du graphène promettent de révolutionner l'industrie de la microélectronique, dit Bunch.

Dans toutes ces applications, y compris toute fabrication de graphène à grande échelle, l'interaction que le graphène a avec une surface est d'une importance critique et une compréhension scientifique aidera à faire avancer la technologie, il a dit.