Le graphène est un matériau merveilleux aux prises avec de grandes attentes. Découvert en 2004, il est 1 million de fois plus fin qu'un cheveu humain, 300 fois plus résistant que l'acier et c'est le conducteur de chaleur et d'électricité le plus connu. Ces qualités pourraient, entre autres, rendre les ordinateurs plus rapides, batteries plus puissantes et panneaux solaires plus efficaces.

Mais le matériau est difficile à manipuler au-delà de sa forme bidimensionnelle.

Récemment, les scientifiques ont versé une suspension d'oxyde de graphène, une forme de type gel du matériau, dans des moules de congélation pour créer des objets 3D. Le processus fonctionne, mais seulement avec des structures simples qui ont des applications commerciales limitées.

Une autre option consiste à utiliser une imprimante 3D. Dans ce scénario, les scientifiques mélangent généralement le graphène avec un polymère ou un autre agent épaississant. Cela aide à empêcher la structure de s'effondrer. Mais lorsque le polymère est éliminé par procédé thermique, il endommage la structure délicate.

Une équipe de recherche - composée d'ingénieurs de l'Université de Buffalo, L'Université d'État du Kansas et le Harbin Institute of Technology en Chine - ont peut-être résolu ce problème.

Une étude publiée le 10 février dans la revue Petit décrit comment l'équipe a utilisé une imprimante 3D modifiée et de l'eau gelée pour créer des cubes en forme de treillis et une poutre tridimensionnelle avec des surplombs à l'aide d'oxyde de graphène. Les structures pourraient être une étape importante pour rendre le graphène commercialement viable en électronique, dispositifs de diagnostic médical et autres industries.

"Le graphène est notoirement difficile à manipuler, mais les structures que nous avons construites montrent qu'il est possible de contrôler sa forme sous des formes tridimensionnelles, " dit Chi Zhou, professeur adjoint d'ingénierie industrielle et des systèmes à l'École d'ingénierie et des sciences appliquées de l'UB, et un auteur correspondant de l'étude.

Zhou est membre de Sustainable Manufacturing and Advanced Robotic Technologies (SMART), une communauté d'excellence UB lancée en 2015 ; il est également membre du Centre d'excellence de l'État de New York en informatique des matériaux de l'UB.

Dans leurs expériences, l'équipe de recherche a mélangé l'oxyde de graphène avec de l'eau. Ils ont ensuite imprimé le cadre en treillis sur une surface de -25°C. Le graphène est pris en sandwich entre les couches de glace gelée, qui servent de support structurel.

Une fois le processus terminé, le réseau est plongé dans de l'azote liquide, ce qui aide à former des liaisons hydrogène encore plus fortes. Le treillis est ensuite placé dans un lyophilisateur, où la glace est changée en gaz et enlevée. Le résultat final est un complexe, structure tridimensionnelle en aérogel de graphène qui conserve sa forme à température ambiante.

"En gardant le graphène dans un environnement froid, nous avons pu nous assurer qu'il conserve la forme que nous avons conçue. Il s'agit d'une étape importante pour faire du graphène un matériau commercialement viable, " dit Dong Lin, professeur adjoint d'ingénierie des systèmes industriels et de fabrication à la Kansas State University, et l'autre auteur correspondant de l'étude.

Les chercheurs prévoient de s'appuyer sur leurs découvertes en étudiant comment créer des structures d'aérogel formées de plusieurs matériaux.