Un simple, méthode de pulvérisation peu coûteuse qui dépose un film de graphène peut guérir les défauts de fabrication et produire une couche de graphène de haute qualité sur une gamme de substrats, rapportent des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago et de l'Université de Corée.

Leur étude est disponible en ligne dans la revue Matériaux fonctionnels avancés .

Graphène, une merveille bidimensionnelle composée d'une seule couche d'atomes de carbone, est fort, transparent, et un excellent conducteur d'électricité. Il a un potentiel dans un large éventail d'applications, tels que le renforcement et le prêt de propriétés électriques aux plastiques; créer des circuits intégrés plus denses et plus rapides; et la construction de meilleurs écrans tactiles.

Bien que les utilisations potentielles du graphène semblent illimitées, il n'y a pas eu de moyen facile de passer d'applications microscopiques à des applications à grande échelle sans introduire de défauts, dit Alexandre Yarine, Professeur UIC de génie mécanique et industriel et co-chercheur principal de l'étude.

"Normalement, le graphène est produit en petits flocons, et même ces petits éclats ont des défauts, " dit Yarin. Pire, lorsque vous essayez de les déposer sur une zone à grande échelle, les défauts augmentent, et les propriétés utiles du graphène - sa "magie" - sont perdues, il a dit.

Yarin s'est d'abord penché sur la façon de déposer des flocons de graphène pour former une couche cohérente sans amas ni espaces. Il est allé à Sam S. Yoon, professeur de génie mécanique à l'Université de Corée et co-chercheur principal de l'étude.

Yoon travaillait avec un système de dépôt par pulvérisation cinétique unique qui exploite l'accélération supersonique des gouttelettes à travers une buse Laval. Bien que Yoon travaillait avec différents matériaux, Yarin pensait que sa méthode pourrait être utilisée pour déposer des flocons de graphène dans une couche lisse.

Leur système de pulvérisation supersonique produit de très petites gouttelettes de suspension de graphène, qui se dispersent uniformément, s'évaporer rapidement, et réduire la tendance des flocons de graphène à s'agréger.

Mais à la surprise des chercheurs, les défauts inhérents aux éclats eux-mêmes ont disparu, comme sous-produit de la méthode de pulvérisation. Le résultat était une couche de graphène de meilleure qualité, tel qu'il ressort de l'analyse d'un autre collaborateur, Suman Sinha-Ray, chercheur principal à United States Gypsum et professeur adjoint de génie mécanique et industriel à l'UIC.

Les chercheurs ont démontré que l'énergie de l'impact étire le graphène et restructure l'arrangement de ses atomes de carbone dans les hexagones parfaits du graphène sans défaut.

"Imaginez quelque chose comme Silly Putty frappant un mur - il s'étire et s'étend en douceur, " a déclaré Yarin. "C'est ce que nous pensons qui se passe avec ces flocons de graphène. Ils frappent avec une énorme énergie cinétique, et s'étire dans toutes les directions.

"Nous exploitons la plasticité du graphène - il est en fait en train de se restructurer."

D'autres tentatives pour produire du graphène sans défauts ou pour éliminer les défauts après fabrication se sont avérées difficiles et d'un coût prohibitif, dit Yarine.

La nouvelle méthode de dépôt, qui permet au graphène de « cicatriser » ses défauts lors de l'application, est simple, peu coûteux, et peut être réalisé sur n'importe quel support sans besoin de post-traitement, il a dit.

Yarin et ses collègues coréens espèrent poursuivre leur collaboration fructueuse et favoriser le développement d'applications à l'échelle industrielle du graphène.