Des chercheurs de la Northwestern University ont développé une nouvelle méthode pour modifier chimiquement le graphène, une évolution qui pourrait être un pas vers la création de plus mince, électronique flexible.

Très recherché pour ses nombreux attributs prometteurs, le graphène a une épaisseur d'un atome, réseau en nid d'abeille d'atomes de carbone avec une résistance et une conductivité exceptionnelles. Parmi les nombreuses applications possibles du graphène figure l'électronique :de nombreux experts pensent qu'il pourrait rivaliser avec le silicium, transformer les circuits intégrés et aboutir à des calculateurs ultra-rapides, téléphones portables et appareils électroniques portables connexes.

Mais d'abord, les chercheurs doivent apprendre à régler les propriétés électroniques du graphène - ce qui n'est pas une mince affaire, face à un défi majeur intrinsèque au matériau. Contrairement aux semi-conducteurs tels que le silicium, le graphène pur est un matériau sans bande interdite, ce qui rend difficile l'"arrêt" électrique du flux de courant qui le traverse. Par conséquent, le graphène vierge n'est pas approprié pour les circuits numériques qui constituent la grande majorité des circuits intégrés.

Pour surmonter ce problème et rendre le graphène plus fonctionnel, des chercheurs du monde entier étudient des méthodes pour modifier chimiquement le matériau. La stratégie la plus répandue est la « méthode Hummers, " un procédé développé dans les années 40 qui oxyde le graphène, mais cette méthode repose sur des acides durs qui endommagent de manière irréversible le tissu du réseau de graphène.

Des chercheurs de la McCormick School of Engineering and Applied Science de Northwestern ont récemment développé une nouvelle méthode pour oxyder le graphène sans les dommages collatéraux rencontrés dans la méthode Hummers. Leur processus d'oxydation est également réversible, ce qui permet une plus grande accordabilité sur les propriétés résultantes de leur graphène chimiquement modifié.

Le papier, "Oxydation chimiquement homogène et thermiquement réversible du graphène épitaxié, " sera publié le 19 février dans la revue Chimie de la nature .

"Réaliser des réactions chimiques sur le graphène est très difficile, " a déclaré Mark C. Hersam, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School. "Typiquement, les chercheurs emploient des conditions acides agressives, tels que ceux utilisés dans la méthode de Hummers, qui endommagent le treillis et donnent un matériau difficile à contrôler.

« Dans notre méthode, cependant, l'oxyde de graphène résultant est chimiquement homogène et réversible - conduisant à des propriétés bien contrôlées qui peuvent probablement être exploitées dans des applications hautes performances, " dit Hersam, qui est également professeur de chimie et de médecine.

Pour créer l'oxyde de graphène, les chercheurs ont laissé échapper de l'oxygène gazeux (O2) dans une chambre à ultra-vide. À l'intérieur, un filament de tungstène chaud a été chauffé à 1500 degrés Celsius, provoquant la dissociation des molécules d'oxygène en oxygène atomique. Les atomes d'oxygène hautement réactifs sont ensuite uniformément insérés dans le réseau de graphène.

Le matériau résultant possède un degré élevé d'homogénéité chimique. Des mesures spectroscopiques montrent que les propriétés électroniques du graphène varient en fonction de la couverture en oxygène, suggérant que cette approche peut ajuster les propriétés des dispositifs à base de graphène. "On ne sait pas si ce travail aura un impact sur les applications du monde réel du jour au lendemain, " Hersam a déclaré. "Mais cela semble être un pas dans la bonne direction."

Prochain, les chercheurs exploreront d'autres moyens de modifier chimiquement le graphène pour développer une plus grande variété de matériaux, tout comme les scientifiques l'ont fait pour les plastiques au siècle dernier.

"Peut-être que l'oxygène ne suffit pas, " dit Hersam. " Grâce à la modification chimique, la communauté scientifique a développé une large gamme de polymères, des plastiques durs au nylon. Nous espérons réaliser le même degré d'accordabilité pour le graphène."