Graphène transféré de son substrat métallique avec un revêtement polymère, la gauche, montre que les résidus de polymère (taches sombres) restent collés au graphène après le traitement. Le graphène d'armature, droit, créé à l'Université Rice est fabriqué sans avoir besoin d'une étape de transfert de polymère et reste propre. Crédit :Groupe de touristes
(Phys.org) — Les nanotubes de carbone sont des barres d'armature qui rendent le graphène bidimensionnel beaucoup plus facile à manipuler dans un nouveau matériau hybride développé par des chercheurs de l'Université Rice.
Le laboratoire Rice du chimiste James Tour a introduit des nanotubes dans du graphène d'une manière qui non seulement imite la façon dont les barres d'armature en acier sont utilisées dans le béton, mais préserve et même améliore les qualités électriques et mécaniques des deux.
La technique doit faire grand, souple, des feuilles de graphène conductrices et transparentes beaucoup plus faciles à manipuler, qui devrait intéresser les fabricants d'électronique, Tour dit. Il a suggéré que le nouvel hybride pourrait, lors de l'empilement en quelques couches, être un remplacement rentable pour l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) maintenant utilisé dans les écrans et les cellules solaires.
La recherche paraît ce mois-ci dans la revue American Chemical Society ACS Nano .
Graphène, une matrice monocouche d'atomes de carbone, peut être l'un des matériaux les plus solides de la planète, mais il peut être difficile de soulever les minuscules feuilles du substrat catalytique sur lequel elles ont poussé, généralement par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), Tour dit.
"Normalement, vous faites pousser du graphène sur un métal, mais vous ne pouvez pas simplement dissoudre le métal, " Dit Tour. " Vous mettez un polymère sur le graphène pour le renforcer, puis dissoudre le métal.
Les barres d'armature de nanotubes sont clairement visibles dans une image au microscope électronique de graphène de barres d'armature, L'image montre où s'arrête une paroi de nanotube, car le tube se décompresse partiellement dans le graphène et fournit une liaison transparente avec la feuille. Crédit :Groupe de touristes
"Ensuite, vous avez un polymère collé au graphène. Lorsque vous dissolvez le polymère, il vous reste des résidus, traces d'impuretés qui limitent l'efficacité du graphène pour l'électronique à grande vitesse et les appareils biologiques. En supprimant l'étape de support polymère, nous élargissons considérablement le potentiel de ce matériau."
Pour créer ce qu'ils appellent du graphène d'armature, les chercheurs n'ont qu'à appliquer par centrifugation puis chauffer et refroidir des nanotubes de carbone fonctionnalisés mono ou multiparois sur des feuilles de cuivre, en utilisant les nanotubes eux-mêmes comme source de carbone. Lorsqu'il est chauffé, les groupes carbonés fonctionnels se décomposent et forment du graphène, tandis que les nanotubes se séparent partiellement et forment des jonctions covalentes avec la nouvelle couche de graphène.
Les nanotubes de carbone comblent les écarts entre les sections de graphène dans un échantillon de graphène de barres d'armature. Crédit :Groupe de touristes
"Les nanotubes ne font plus qu'un avec le matériau à certains endroits, ", a déclaré Tour. "C'est un véritable hybride avec des nanotubes dans le plan liés de manière covalente au graphène."
Les interconnectés, les nanotubes incorporés renforcent le graphène, Tour dit. "Nous pouvons voir dans nos images à quel point les nanotubes supportent la charge. Lorsque nous étirons le matériau, les tubes s'amincissent, ", a-t-il dit. Parce que les images au microscope électronique leur ont permis de déterminer la chiralité des nanotubes - les angles des hexagones qui composent le tube - les chercheurs ont pu calculer les diamètres des tubes et savoir précisément à quel point ils s'amincissent sous tension.
Les nanotubes de carbone qui servent de barres de renforcement dans le graphène se décompressent partiellement au cours du processus. La partie dézippée se lie de manière covalente avec la feuille de graphène, assurant une connexion électrique ininterrompue. Crédit :Groupe de touristes
Les nanotubes en réseau font également du matériau un meilleur conducteur que le graphène standard cultivé par CVD, Tour dit. Le graphène tel qu'il a poussé n'est jamais une matrice parfaite d'hexagones; au lieu, il se compose de cristaux qui se développent séparément et se connectent aux joints de grains qui perturbent le flux d'électrons. Les nanotubes dans le graphène des barres d'armature comblent efficacement ces limites.
« La grande chose pour l'industrie est de voir s'ils peuvent obtenir du graphène pour remplacer l'ITO pour les écrans transparents, " dit Tour. " Mais ITO est rigide, et ça casse quand tu laisses tomber ton smartphone, par exemple. Graphène et nanotubes, d'autre part, offrirait des affichages flexibles. Nous avons montré dans nos tests que le graphène d'armature a une meilleure conductivité que le graphène normal à la même transparence, et avec la superposition, cela pourrait être compétitif avec l'ITO."
