La promesse du graphène en tant que matériau pour de nouveaux types d'appareils électroniques, entre autres utilisations, a conduit des chercheurs du monde entier à étudier le matériau à la recherche de nouvelles applications. Mais l'une des plus grandes limitations à une utilisation plus large du fort, poids léger, matériau hautement conducteur a été l'obstacle de la fabrication à l'échelle industrielle.

Premiers travaux avec le matériau carbone, qui forme un maillage à l'échelle atomique et n'a qu'un seul atome d'épaisseur, s'est appuyé sur l'utilisation de minuscules flocons, généralement obtenu en retirant rapidement un morceau de ruban adhésif d'un bloc de graphite - un système de faible technologie qui ne se prête pas à la fabrication. Depuis, l'accent s'est déplacé vers la fabrication de films de graphène sur une feuille de métal, mais les chercheurs ont rencontré des difficultés pour transférer le graphène de la feuille vers des substrats utiles.

Maintenant, des chercheurs du MIT et de l'Université du Michigan ont trouvé un moyen de produire du graphène, dans un processus qui se prête à la mise à l'échelle, en fabriquant du graphène directement sur des matériaux tels que de grandes feuilles de verre. Le processus est décrit, dans un article publié cette semaine dans la revue Rapports scientifiques , par une équipe de neuf chercheurs dirigée par A. John Hart du MIT. Les principaux auteurs de l'article sont Dan McNerny, un ancien post-doctorant du MIT qui est maintenant au Michigan, et Viswanath Balakrishnan, un ancien post-doctorant du MIT qui est maintenant à l'Indian Institute of Technology.

Actuellement, la plupart des méthodes de fabrication du graphène font d'abord croître le matériau sur un film de métal, comme le nickel ou le cuivre, dit Hart, le Mitsui Career Development Associate Professor of Mechanical Engineering. "Pour le rendre utile, vous devez l'enlever du métal et sur un substrat, telle qu'une plaquette de silicium ou une feuille de polymère, ou quelque chose de plus gros comme une feuille de verre, " dit-il. " Mais le processus de transfert est devenu beaucoup plus frustrant que le processus de croissance du graphène lui-même, et peut endommager et contaminer le graphène."

Le nouveau travail, Hart dit, utilise toujours un film métallique comme modèle, mais au lieu de faire du graphène uniquement sur le film métallique, il fait du graphène à la fois en haut et en bas du film. Le substrat dans ce cas est du dioxyde de silicium, une forme de verre, avec un film de nickel dessus.

En utilisant le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour déposer une couche de graphène sur le film de nickel, Hart dit, donne "non seulement du graphène au-dessus [de la couche de nickel], mais aussi sur le fond." Le film de nickel peut ensuite être décollé, ne laissant que le graphène au-dessus du substrat non métallique.

Par ici, il n'y a pas besoin d'un processus séparé pour attacher le graphène au substrat prévu, qu'il s'agisse d'une grande plaque de verre pour un écran d'affichage, ou un mince, matériau flexible qui pourrait être utilisé comme base pour un poids léger, cellule solaire portative, par exemple. "Vous faites le CVD sur le substrat, et, en utilisant notre méthode, le graphène reste sur le substrat, " dit Hart.

En plus des chercheurs du Michigan, où Hart enseignait auparavant, le travail a été fait en collaboration avec un grand fabricant de verre, Industries gardiennes. « Pour répondre à leurs besoins de fabrication, il doit être très évolutif, " dit Hart. L'entreprise utilise actuellement un procédé float, où le verre se déplace à une vitesse de plusieurs mètres par minute dans des installations qui produisent chaque jour des centaines de tonnes de verre. « Nous avons été inspirés par la nécessité de développer un processus de fabrication évolutif qui pourrait produire du graphène directement sur un substrat de verre, " dit Hart.

Le travail est encore à un stade précoce; Hart prévient que "nous devons encore améliorer l'uniformité et la qualité du graphène pour le rendre utile". Mais le potentiel est grand, il suggère :« La capacité de produire du graphène directement sur des substrats non métalliques pourrait être utilisée pour les écrans grand format et les écrans tactiles, et pour les fenêtres « intelligentes » qui ont des dispositifs intégrés tels que des radiateurs et des capteurs."

Hart ajoute que l'approche pourrait également être utilisée pour des applications à petite échelle, tels que les circuits intégrés sur plaquettes de silicium, si le graphène peut être synthétisé à des températures plus basses que celles utilisées dans la présente étude.

"Ce nouveau procédé est basé sur une compréhension de la croissance du graphène de concert avec la mécanique du film de nickel, " dit-il. " Nous avons montré que ce mécanisme peut fonctionner. Il s'agit maintenant d'améliorer les attributs nécessaires pour produire un revêtement de graphène haute performance."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.