Le Bureau de la Recherche Scientifique de l'Armée de l'Air (AFOSR), avec d'autres organismes de financement, aidé une équipe de recherche de l'Université Rice à rendre le graphène adapté à une variété d'applications de chimie organique, en particulier la promesse de capteurs chimiques avancés, circuits électroniques et métamatériaux à l'échelle nanométrique.
Depuis que Andre Geim et Konstantin Novoselov de l'Université de Manchester ont reçu le prix Nobel de physique 2010 pour leurs expériences révolutionnaires sur le graphène, il y a eu une explosion de découvertes liées au graphène; mais l'expérimentation du graphène était en cours depuis des décennies et de nombreuses percées ultimes associées au graphène étaient déjà bien avancées dans divers laboratoires lorsque le comité Nobel a reconnu l'importance de ce nouveau matériau miracle.
Et l'un de ces laboratoires était celui du Dr James Tour à Rice, dont l'équipe a trouvé un moyen d'attacher diverses molécules organiques à des feuilles de graphène, le rendant approprié pour une gamme de nouvelles applications. En commençant par le réseau en nid d'abeilles à l'échelle atomique bidimensionnel du graphène d'atomes de carbone, l'équipe Rice s'est appuyée sur les découvertes précédentes de la communauté du graphène pour transformer la structure à feuille unique du graphène en un super-réseau.
Alors que le carbone est un élément clé dans la plupart des réactions chimiques organiques, le graphène pose un problème en ce qu'il joue un rôle inerte - ne répondant pas aux réactions chimiques organiques. L'équipe Rice a résolu ce dilemme en traitant le graphène avec de l'hydrogène. Ce processus d'hydrogénation classique a restructuré le réseau en nid d'abeilles de graphène en un réseau bidimensionnel, superréseau semi-conducteur appelé graphane.
Le processus d'hydrogénation peut ensuite être adapté pour créer des motifs particuliers dans le super-réseau à suivre par la fixation de molécules spécifiques à la mission à l'endroit où ces molécules d'hydrogène sont situées. Ces catalyseurs moléculaires spécifiques à une mission permettent la possibilité d'une grande variété de fonctionnalités. Ils peuvent non seulement être utilisés comme base pour créer une chimie organique à base de graphène, mais adapté aux applications électroniques et optiques, ainsi que de nouveaux types de métamatériaux pour la nano-ingénierie, des dispositifs thermoélectriques hautement efficaces et des capteurs pour divers produits chimiques ou pathogènes. La beauté de ce processus est la promesse qu'il contient pour les futurs appareils avec la capacité d'accomplir efficacement une grande variété de fonctions hautement sophistiquées dans un petit appareil abordable.
Dr Charles Lee, le responsable du programme AFOSR qui a financé cette recherche, note que la chimie du graphène en général peut permettre des matériaux intelligents pour de nombreuses applications spéciales et que ce dernier effort en particulier peut contribuer aux futures applications électroniques et peut être un moyen d'arriver à une électronique plus rapide et moins énergivore.
