Lorsque vous regardez un cadeau emballé, les propriétés de base du papier d'emballage - disons, ses couleurs et sa texture - ne sont généralement pas modifiées par la nature du cadeau à l'intérieur.
Mais de nouvelles expériences surprenantes menées au MIT montrent qu'un matériau d'un atome d'épaisseur appelé graphène, une forme de carbone pur dont les atomes sont joints dans un réseau en forme de grillage, se comporte assez différemment selon la nature du matériau autour duquel il est enroulé. Lorsque des feuilles de graphène sont placées sur des substrats constitués de différents matériaux, les propriétés fondamentales - telles que la façon dont le graphène conduit l'électricité et la façon dont il interagit chimiquement avec d'autres matériaux - peuvent être radicalement différentes, selon la nature du matériau sous-jacent.
« Nous avons été assez surpris » de découvrir ce comportement altéré, dit Michael Strano, le professeur Charles et Hilda Roddey de génie chimique au MIT, qui est l'auteur principal d'un article publié cette semaine dans la revue Chimie de la nature . "Nous nous attendions à ce qu'il se comporte comme du graphite" - une forme bien connue de carbone, utilisé pour faire la mine de crayons, dont la structure est essentiellement constituée de plusieurs couches de graphène empilées les unes sur les autres.
Mais son comportement s'est avéré tout à fait différent. "Le graphène est très étrange, ", dit Strano. En raison de son extrême finesse, en pratique, le graphène est presque toujours placé au-dessus d'un autre matériau de support. Lorsque ce matériau en dessous est du dioxyde de silicium, un matériau standard utilisé en électronique, le graphène peut facilement devenir « fonctionnalisé » lorsqu'il est exposé à certains produits chimiques. Mais quand le graphène repose sur du nitrure de bore, il réagit à peine aux mêmes produits chimiques.
"C'est très contre-intuitif, ", dit Strano. « Vous pouvez désactiver et activer la capacité du graphène à former des liaisons chimiques, en fonction de ce qu'il y a en dessous.
La raison, il s'avère, est que le matériau est si mince que la façon dont il réagit est fortement affectée par les champs électriques des atomes dans le matériau sous-jacent. Cela signifie qu'il est possible de créer des dispositifs avec un substrat à micromotifs - constitué de certaines régions de dioxyde de silicium et d'autres recouvertes de nitrure de bore - recouvert d'une couche de graphène dont le comportement chimique variera ensuite en fonction du motif caché. Cela pourrait permettre, par exemple, la production de puces à ADN de capteurs pour détecter des traces de matières biologiques ou chimiques.
Qing Hua Wang, un post-doctorant du MIT qui est l'auteur principal de l'article, dit, "Vous pourriez faire interagir différentes molécules d'un marqueur biologique délicat [avec ces régions sur la surface du graphène] sans perturber les biomolécules elles-mêmes." La plupart des techniques de fabrication actuelles pour de telles surfaces à motifs impliquent de la chaleur et des solvants réactifs qui peuvent détruire ces molécules biologiques sensibles.
Finalement, le graphène pourrait même devenir un revêtement protecteur pour de nombreux matériaux, dit Strano. Par exemple, le matériau d'un atome d'épaisseur, lorsqu'il est lié au cuivre, élimine complètement la tendance de ce métal à s'oxyder (ce qui produit la surface bleu-vert caractéristique des toits en cuivre). « Il peut complètement désactiver la corrosion, " dit-il, "presque comme par magie... avec juste le murmure d'un revêtement."
Pour expliquer pourquoi le graphène se comporte comme il le fait, « nous avons proposé une nouvelle théorie du transfert d'électrons » qui explique la façon dont elle est affectée par le matériau sous-jacent, dit Strano. "Beaucoup de chimistes avaient raté ça, ” et, par conséquent, avait été déconcerté par des changements apparemment imprévisibles dans la façon dont le graphène réagit dans différentes situations. Cette nouvelle compréhension peut également être utilisée pour prédire le comportement du matériau sur d'autres substrats, il dit.
James Tour, un professeur de chimie et d'informatique à l'Université Rice qui n'était pas impliqué dans cette recherche, dit, « Il s'agit de la première étude systématique de l'effet du substrat sur la réactivité chimique du graphène. Il s'agit d'une étude très soigneusement menée avec des résultats convaincants. Je prédis qu'il deviendra une publication fréquemment citée.
Wang ajoute que "c'est un résultat assez général" qui peut être utilisé pour prédire le comportement chimique de nombreuses configurations différentes. "Nous pensons que d'autres groupes peuvent prendre cette idée et vraiment développer des choses différentes avec, " dit-elle. La tournée est d'accord, en disant, « La communauté des capteurs de graphène s'inspirera de ce travail pour explorer de nombreux autres substrats dans le but d'optimiser la réactivité du graphène. »
Quant à l'équipe du MIT, elle dit, "la prochaine étape est, nous creusons dans les détails de la réaction du graphène bicouche. Il semble se comporter différemment » que le matériau monocouche.
