Des chercheurs japonais ont mis au point une technique nouvelle mais simple, appelé "assemblage couche par couche piloté par diffusion, " pour construire du graphène dans des structures poreuses tridimensionnelles (3D) pour des applications dans des dispositifs tels que des batteries et des supercondensateurs. Leur étude a récemment été publiée dans la revue Communication Nature .

Le graphène est essentiellement une feuille de carbone ultra-mince et possède des propriétés intéressantes telles qu'une stabilité mécanique élevée et une conductivité électrique remarquable. Il a été présenté comme le matériau de nouvelle génération qui peut vraisemblablement révolutionner les secteurs technologiques et énergétiques existants tels que nous les connaissons.

Cependant, la structure mince du graphène agit également comme un obstacle majeur pour les utilisations pratiques. Lors de l'assemblage de ces petites feuilles en structures plus grandes, les feuilles s'empilent facilement les unes avec les autres, entraînant une perte significative des propriétés uniques du matériau. Bien que plusieurs stratégies aient été proposées pour faire face à ce problème épineux, ils sont souvent coûteux, long, et difficile à étendre.

Pour surmonter ce défi, les chercheurs de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto ont emprunté un principe à la chimie des polymères et l'ont développé en une technique permettant d'assembler le graphène en architectures 3D poreuses tout en empêchant l'empilement entre les feuilles. En mettant de l'oxyde de graphène (une forme oxydée du graphène) en contact avec un polymère de charge opposée, les deux composants pourraient former une couche composite stable, un processus également connu sous le nom de "complexation interfaciale".

"De façon intéressante, le polymère pourrait diffuser en continu à travers l'interface et induire des réactions supplémentaires, ce qui a permis au composite à base de graphène de se développer en structures multicouches épaisses. D'où, nous avons nommé ce processus « assemblage couche par couche piloté par la diffusion », " a expliqué Jianli Zou, un co-investigateur du projet.

Les produits résultants présentent une structure poreuse de type mousse, idéal pour maximiser les bienfaits du graphène, avec la porosité réglable d'ultra-léger à très dense grâce à de simples changements dans les conditions expérimentales. Par ailleurs, le processus est facilement évolutif pour créer des films de grande surface qui seront très utiles comme électrodes et membranes pour la production ou le stockage d'énergie.

« Alors que nous n'avons démontré que la construction de structures à base de graphène dans cette étude, nous croyons fermement que la nouvelle technique pourra servir de méthode générale pour l'assemblage d'une gamme beaucoup plus large de nanomatériaux, " a conclu Franklin Kim, l'investigateur principal de l'étude.