Comparaison de la couche vierge (L) et de la couche de siliciure (R). Crédit :Université d'Oxford
Des cristaux millimétriques de graphène de haute qualité peuvent être fabriqués en quelques minutes au lieu d'heures en utilisant une nouvelle technique évolutive, Des chercheurs de l'Université d'Oxford l'ont démontré.
En seulement 15 minutes, la méthode peut produire de gros cristaux de graphène d'environ 2-3 millimètres qu'il faudrait jusqu'à 19 heures pour produire en utilisant les techniques actuelles de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans lesquelles le carbone dans le gaz réagit avec, par exemple, cuivre pour former du graphène.
Le graphène promet d'être un «matériau miracle» pour la construction de nouvelles technologies en raison de sa combinaison de résistance, la flexibilité, propriétés électriques, et résistance chimique. Mais cette promesse ne sera réalisée que si elle peut être produite de manière rentable à une échelle commerciale.
Les chercheurs ont pris une fine couche de silice déposée sur une feuille de platine qui, lorsqu'il est chauffé, réagit pour créer une couche de siliciure de platine. Cette couche fond à une température inférieure à celle du platine ou de la silice, créant une fine couche liquide qui lisse les « vallées » nanométriques dans le platine, de sorte que les atomes de carbone du méthane qui frôlent la surface sont plus enclins à former de gros flocons de graphène.
Un rapport de la recherche est publié dans la revue Communication Nature .
« Non seulement nous pouvons fabriquer des flocons de graphène de la taille d'un millimètre en quelques minutes, mais ce graphène est d'une qualité comparable à tout ce que d'autres méthodes sont capables de produire, " a déclaré le professeur Nicole Grobert du département des matériaux de l'Université d'Oxford, qui a dirigé la recherche. "Parce qu'il est autorisé à se développer naturellement dans des cristaux de graphène uniques, aucune des limites de grains ne peut affecter négativement les propriétés mécaniques et électriques du matériau."
Comparaison d'images en fausses couleurs de flocons. Crédit :Université d'Oxford
Co-auteur Vitaliy Babenko, un étudiant en doctorat au Département des matériaux de l'Université d'Oxford, a déclaré:"L'utilisation de métaux polycristallins largement disponibles de cette manière peut ouvrir de nombreuses possibilités de réduction des coûts et de production de graphène à plus grande échelle pour des applications nécessitant un graphène de très haute qualité."
Du point de vue de la taille, la nouvelle approche se compare avantageusement à la « méthode du scotch, ' dans lequel un morceau de ruban adhésif est utilisé pour décoller des fragments de graphène d'un morceau de graphite, qui produit des flocons d'environ 10 microns (0,01 millimètre). L'utilisation de CVD avec uniquement du platine crée des flocons d'environ 80 microns (0,08 mm). Mais avec la couche liquide de siliciure de platine, les chercheurs montrent que des cristaux de graphène de 2 à 3 millimètres peuvent être produits en quelques minutes.
De toutes les techniques actuellement utilisées pour fabriquer différents types de graphène, la CVD est la plus prometteuse pour passer à l'échelle en un processus industriel rentable. L'équipe d'Oxford pense que leur approche pourrait également avoir des avantages au-delà de la vitesse et de la qualité :avec une couche liquide plus épaisse pour l'isoler, le graphène pourrait ne pas avoir à être retiré du substrat avant de pouvoir être utilisé - une étape supplémentaire coûteuse et longue requise avec toutes les autres méthodes.
Flocons produits sur platine vierge. Crédit :Université d'Oxford
« Il s'agit d'une étude de preuve de principe qui montre que le graphène de haute qualité, sous forme d'une seule couche d'atomes de carbone, peut être adapté à la taille et à l'échelle de temps qu'une personne cherchant à développer des technologies pourrait souhaiter, dit le professeur Grobert. « Bien sûr, beaucoup plus de travail est nécessaire avant d'obtenir la technologie du graphène, mais nous sommes maintenant sur le point de voir ce matériau passer du laboratoire à un environnement de fabrication, et nous sommes impatients de travailler avec des partenaires industriels pour y parvenir.
Les chercheurs disent que, en théorie, il serait possible de développer davantage et d'étendre cette technique pour produire des flocons de graphène dans de grandes feuilles de la taille d'une plaquette.
Flocons produits sur couche de siliciure. Crédit :Université d'Oxford
Cette invention s'ajoute au portefeuille croissant de brevets sur les nanomatériaux et leurs technologies de production du groupe Nanomaterials by Design du professeur Nicole Grobert. Dans le cadre d'un programme de commercialisation conçu par Isis Innovation, la société de commercialisation de la technologie de l'Université d'Oxford, le Groupe établit des collaborations avec des partenaires industriels comme élément essentiel du développement des produits du Groupe pour des applications potentielles. Le professeur Grobert envisage également de fabriquer et de vendre sa gamme de nanomatériaux de spécialité dans le cadre d'une nouvelle entreprise commerciale.
