Le mélange d'un peu de glace carbonique et d'un processus industriel simple produit en masse et à moindre coût des nanofeuillets de graphène de haute qualité, rapport de chercheurs en Corée du Sud et de la Case Western Reserve University.

Graphène, qui est fait de graphite, la même chose que "le plomb" dans les crayons, a été salué comme le matériau synthétique le plus important depuis un siècle. Les feuilles conduisent mieux l'électricité que le cuivre, chauffer mieux que n'importe quel matériau connu, sont plus durs que les diamants mais s'étirent.

Les scientifiques du monde entier pensent que le graphène va révolutionner l'informatique, l'électronique et la médecine, mais l'incapacité de produire des feuilles en masse a bloqué une utilisation généralisée.

Une description de la nouvelle recherche sera publiée la semaine du 26 mars dans la première édition en ligne du Actes de l'Académie nationale des sciences .

Jong-Beom Baek, professeur et directeur de l'École interdisciplinaire des énergies vertes/Matériaux et dispositifs avancés, Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan, Ulsan, Corée du Sud, a mené l'effort.

« Nous avons développé un low-cost, moyen plus facile de produire en masse de meilleures feuilles de graphène que le courant, méthode largement utilisée d'oxydation acide, qui nécessite l'application fastidieuse de produits chimiques toxiques, " dit Liming Dai, professeur de science et d'ingénierie macromoléculaires à Case Western Reserve et co-auteur de l'article.

Voici comment:

Les chercheurs ont placé du graphite et du dioxyde de carbone congelé dans un broyeur à boulets, qui est un bidon rempli de billes en acier inoxydable. La cartouche a été tournée pendant deux jours et la force mécanique a produit des paillettes de graphite avec des bords essentiellement ouverts à l'interaction chimique par l'acide carboxylique formé pendant le broyage.

Les bords carboxylés rendent le graphite soluble dans une classe de solvants appelés solvants protiques, qui comprennent l'eau et le méthanol, et une autre classe appelée solvants aprotiques polaires, qui comprend le diméthylsulfoxyde.

Une fois dispersé dans un solvant, les flocons se séparent en feuilles de naon de graphène de cinq couches ou moins.

Pour tester si le matériau fonctionnerait dans la formation directe d'objets moulés pour des applications électroniques, les échantillons ont été compressés en pastilles. Dans une comparaison, ces pastilles étaient 688 fois meilleures pour conduire l'électricité que les pastilles produites par l'oxydation acide du graphite.

Après avoir chauffé les granulés à 900 degrés Celsius pendant deux heures, les bords des feuilles dérivées du broyeur à boulets ont été décarboxylés, C'est, les bords des nanofeuillets sont devenus liés par une forte liaison hydrogène aux feuilles voisines, restant cohérent. La pastille d'oxydation acide comprimée s'est brisée pendant le chauffage.

Pour former des films de nanofeuillets de graphène à grande surface, une solution de solvant et les nanofeuillets de graphène carboxylés sur les bords ont été coulés sur des plaquettes de silicium de 3,5 centimètres sur 5 centimètres, et chauffé à 900 degrés Celsius. De nouveau, la chaleur a décarboxylé les bords, qui a ensuite collé avec des bords de pièces voisines. Les chercheurs disent que ce processus n'est limité que par la taille de la plaquette. La conductivité électrique des films de grande surface résultants, même à haute transmittance optique, était encore beaucoup plus élevé que celui de leurs homologues de l'oxydation acide.

En utilisant de l'ammoniac ou du trioxyde de soufre comme substituts de la neige carbonique et en utilisant différents solvants, "vous pouvez personnaliser les bords pour différentes applications, " a déclaré Baek. " Vous pouvez personnaliser pour l'électronique, supercondensateurs, catalyseurs sans métal pour remplacer le platine dans les piles à combustible. Vous pouvez personnaliser les bords pour les assembler dans des structures bidimensionnelles et tridimensionnelles."