Des chercheurs de l'Université de Binghamton ont démontré un processus respectueux de l'environnement qui permet un contrôle spatial sans précédent sur les propriétés électriques de l'oxyde de graphène. Ce nanomatériau bidimensionnel a le potentiel de révolutionner l'électronique flexible, cellules solaires et instruments biomédicaux.

En utilisant la sonde d'un microscope à force atomique pour déclencher une réaction chimique locale, Jeffrey Mativetsky, professeur adjoint de physique à l'Université de Binghamton, et le doctorant Austin Faucett a montré que des caractéristiques électriquement conductrices aussi petites que quatre nanomètres peuvent être modelées dans des feuilles d'oxyde de graphène individuelles. Un nanomètre est environ cent mille fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain.

"Notre approche permet de dessiner des caractéristiques électriquement conductrices à l'échelle nanométrique dans des feuilles isolantes atomiquement minces avec le contrôle spatial le plus élevé rapporté à ce jour, " a déclaré Mativetsky. " Contrairement aux méthodes standard pour manipuler les propriétés de l'oxyde de graphène, notre procédé peut être mis en œuvre dans des conditions ambiantes et est respectueux de l'environnement, ce qui en fait une étape prometteuse vers l'intégration pratique de l'oxyde de graphène dans les technologies futures."

Le prix Nobel de physique 2010 a été décerné pour la découverte du graphène, un atomiquement mince, treillis de carbone bidimensionnel avec extraordinaire électrique, propriétés thermiques et mécaniques. L'oxyde de graphène est un matériau bidimensionnel étroitement lié avec certains avantages par rapport au graphène, y compris la production et la transformation simples, et des propriétés hautement ajustables. Par exemple, en éliminant une partie de l'oxygène de l'oxyde de graphène, le matériau électriquement isolant peut être rendu conducteur, ouvrant des perspectives d'utilisation en électronique flexible, capteurs, cellules solaires et dispositifs biomédicaux.

L'étude fournit de nouvelles informations sur les limites et les mécanismes de résolution spatiale d'un processus relativement nouveau de structuration des régions conductrices dans l'oxyde de graphène isolant. La taille minimale de la caractéristique conductrice de quatre nanomètres est la plus petite atteinte jusqu'à présent par toute méthode pour ce matériau. Mativetsky a déclaré que cette approche est prometteuse pour le prototypage à l'échelle du laboratoire de motifs conducteurs à l'échelle nanométrique dans l'oxyde de graphène. « Il y a un intérêt important à définir des régions avec des fonctionnalités différentes, et l'écriture de circuits dans des matériaux bidimensionnels. Notre approche fournit un moyen de modeler directement des régions électriquement conductrices et isolantes en oxyde de graphène avec une haute résolution spatiale, " dit Mativetsky.

Cette recherche permet non seulement une étude fondamentale des propriétés physiques à l'échelle nanométrique de l'oxyde de graphène, mais ouvre également de nouvelles voies pour l'incorporation de l'oxyde de graphène dans les technologies futures. Parce que le procédé développé par Mativetsky évite l'utilisation de produits chimiques nocifs, hautes températures ou atmosphères de gaz inerte, son travail représente une étape prometteuse vers une fabrication respectueuse de l'environnement avec de l'oxyde de graphène. "En premier, cela sera principalement utile pour étudier les propriétés fondamentales et les dispositifs à l'échelle du laboratoire, " dit Mativetsky. " Finalement, ce travail peut aider à conduire à l'intégration pratique de l'oxyde de graphène dans l'électronique à faible coût et flexible, cellules solaires, et capteurs."

L'étude, "Réduction à l'échelle nanométrique de l'oxyde de graphène dans des conditions ambiantes, " est apparu pour la première fois dans la version en ligne de la revue internationale Carbone le 8 septembre, et sera publié sous forme imprimée dans le numéro de décembre. Mativetsky a récemment reçu une subvention de trois ans de la National Science Foundation pour approfondir son approche de l'adaptation de la structure et des propriétés de l'oxyde de graphène.