Les scientifiques allemands du projet de recherche conjoint « FUNgraphen » placent leurs espoirs dans les nouvelles technologies sur une forme particulière de carbone :ils ont développé de nouvelles macromolécules de carbone et des matériaux composites de carbone moléculaire dotés de propriétés spéciales. Les molécules sont dérivées du graphène, une substance constituée de couches individuelles d'atomes de carbone disposés selon un motif en nid d'abeille. Le processus auparavant nécessaire pour utiliser cette substance était complexe et coûteux et donc de peu de valeur pour la plupart des applications plastiques.

Un groupe de recherche du Centre de recherche sur les matériaux de Fribourg (FMF) de l'Université de Fribourg dirigé par le chimiste Prof. Dr. Rolf Mülhaupt, directeur général de la FMF, a maintenant réussi à combiner le graphène avec des polymères, les rendant aptes aux applications plastiques, et les préparer à l'optimisation des matériaux à l'échelle du kilogramme. Le projet "FUNgraphen, " financé par le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche, est coordonné au FMF avec l'appui d'un conseil industriel. Les autres partenaires du projet outre le FMF sont l'Université de Bayreuth, l'Institut fédéral de recherche et d'essai des matériaux (BAM) à Berlin, et l'Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux à Fribourg.

Dans le FMF traite des couches individuelles d'atomes de carbone, dérivé de graphite naturel et aussi de sources de carbone renouvelables, sont physiquement et chimiquement attachés aux polymères. Le résultat est des molécules géantes de carbone, les macromolécules, qui font moins d'un millionième de millimètre d'épaisseur mais peuvent atteindre des largeurs de plus d'un centième de millimètre. Les macromolécules de carbone et les matériaux hybrides polymères de carbone résultants sont légers, durable, écologique, et électriquement conducteur. De plus, ils résistent à la chaleur, produits chimiques, et les radiations et sont imperméables aux gaz et aux liquides. "Ils ont le potentiel d'améliorer considérablement les ressources et l'efficacité énergétique des plastiques, " dit Mülhaupt.

En outre, les chercheurs ont dispersé plusieurs de ces grosses molécules de carbone dans l'eau, solutions non toxiques, et les plastiques pour produire des dispersions stables concentrées sans nécessiter ni liants ni auxiliaires de dispersion. Ces mélanges peuvent être utilisés pour revêtir des surfaces et imprimer des films de carbone conducteurs ainsi que des micro-motifs électriquement conducteurs. De cette façon, le carbone peut remplacer les métaux de transition coûteux comme le palladium ou l'indium. "Les applications vont de l'électronique imprimée aux catalyseurs imprimés avec une conception de pores pour la production de produits chimiques fins avec une récupération simple du catalyseur, " explique Mülhaupt. Les couches de carbone conductrices imprimées sont beaucoup plus robustes mécaniquement que les couches d'oxyde d'indium et d'étain imprimées. Les scientifiques de la FMF ont également réussi à renforcer mécaniquement les plastiques et le caoutchouc avec des macromolécules de carbone et à les rendre simultanément électriquement conducteurs, résistant aux radiations, et plus étanche au gaz. Ces substances sont des candidats intéressants pour une application dans les réservoirs de carburant et les conduites de carburant antistatiques et imperméables, des boîtiers blindés contre les interférences électromagnétiques, et des pneus d'automobile étanches au gaz pour réduire la consommation de carburant dans le transport.

Des exemples tirés de la recherche des partenaires du projet montrent également que les macromolécules de carbone sont bien plus polyvalentes que les nanoparticules de carbone généralement utilisées aujourd'hui, ouvrant ainsi un nouveau potentiel pour le développement de matériaux et de technologies durables. Le professeur Dr. Volker Altstädt de l'équipe "FUNgraphen" de l'Université de Bayreuth a pu réduire considérablement la taille des cellules dans les mousses en ajoutant des macromolécules de carbone. Cela permettra aux chercheurs d'améliorer les propriétés d'isolation thermique des mousses et de développer de nouvelles, matériau isolant très efficace. Le groupe "FUNgraphen" dirigé par le Dr Bernhard Schartel au BAM a réussi à augmenter l'effet de protection contre l'incendie des retardateurs de flamme sans halogène en ajoutant de minuscules mélanges des nouvelles macromolécules de carbone. Un plastique équipé de ce nouveau matériau ne s'enflamme pas même après qu'une flamme y ait été appliquée plusieurs fois - contrairement aux plastiques non protégés, qui se déforment à haute température et commencent à brûler immédiatement au contact du feu.