Une nouvelle voie de fabrication du graphène a été découverte, qui pourrait faciliter le passage à l'échelle industrielle du matériau miracle du 21e siècle. Le graphène - une couche unique d'atomes de carbone étroitement liés avec une résistance extrême et la capacité de conduire la chaleur et l'électricité mieux que tout autre matériau connu - a des utilisations industrielles potentielles qui incluent des écrans électroniques flexibles, calcul haute vitesse, des pales d'éoliennes plus solides, et des cellules solaires plus efficaces, pour n'en nommer que quelques-uns en cours de développement.

Au cours de la décennie écoulée depuis que les lauréats du prix Nobel Konstantin Novoselov et Andre Geim ont prouvé les remarquables propriétés électroniques et mécaniques du graphène, les chercheurs ont travaillé dur pour développer des méthodes de production d'échantillons vierges du matériau à une échelle avec un potentiel industriel. Maintenant, une équipe de scientifiques de Penn State a découvert une voie pour fabriquer du graphène monocouche qui a été négligée pendant plus de 150 ans.

"Il existe de nombreux matériaux stratifiés similaires au graphène avec des propriétés intéressantes, mais jusqu'à présent, nous ne savions pas comment séparer chimiquement les solides pour faire des feuilles simples sans endommager les couches, " a déclaré Thomas E. Mallouk, Evan Pugh professeur de chimie, La physique, et la biochimie et la biologie moléculaire à Penn State. Dans un article publié pour la première fois en ligne le 9 septembre dans la revue Chimie de la nature , Mallouk et ses collègues de Penn State et du Research Center for Exotic Nanocarbons de l'Université de Shinshu, Japon, décrire une méthode appelée intercalation, dans lequel des molécules ou des ions invités sont insérés entre les couches de carbone du graphite pour séparer les feuilles individuelles.

L'intercalation du graphite a été réalisée en 1841, mais toujours avec un agent oxydant ou réducteur puissant qui endommage les propriétés souhaitables du matériau. L'une des méthodes les plus utilisées pour intercaler le graphite par oxydation a été développée en 1999 par Nina Kovtyukhova, un associé de recherche dans le laboratoire de Mallouk.

En étudiant d'autres matériaux stratifiés, Mallouk a demandé à Kovtyukhova d'utiliser sa méthode, qui nécessite un oxydant fort et un mélange d'acides, pour ouvrir des couches simples de nitrure de bore solide, un composé avec une structure similaire au graphite. A leur grande surprise, elle a réussi à ouvrir toutes les couches. Dans des expériences de contrôle ultérieures, Kovtyukhova a essayé d'omettre divers agents et a constaté que l'agent oxydant n'était pas nécessaire pour que la réaction ait lieu.

Mallouk lui a demandé d'essayer une expérience similaire sans l'agent oxydant sur le graphite, mais conscient de la littérature abondante disant que l'agent oxydant était nécessaire, Kovtyukhova a hésité.

"Je n'arrêtais pas de lui demander d'essayer et elle n'arrêtait pas de dire non, » dit Mallouk. « Enfin, nous avons fait un pari, et pour le rendre intéressant, je lui ai donné des chances. Si la réaction ne fonctionnait pas, je lui devrais 100 $, et si c'était le cas, elle me devrait 10 $. J'ai le billet de dix dollars sur mon mur avec un joli post-it de Nina complimentant mon intuition chimique."

Mallouk pense que les résultats de cette nouvelle compréhension de l'intercalation dans le nitrure de bore et le graphène pourraient s'appliquer à de nombreux autres matériaux en couches d'intérêt pour les chercheurs du Penn State Center for Two-Dimensional and Layered Materials qui étudient ce que l'on appelle des « matériaux au-delà du graphène ." La prochaine étape pour Mallouk et ses collègues sera de déterminer comment accélérer la réaction afin d'augmenter la production.