Une « nano-presse » hydraulique à graphène s'est avérée capable de créer de nouveaux matériaux bidimensionnels en exerçant une pression énorme sur des composés scellés entre des couches de graphène.

Graphène, le premier matériau bidimensionnel au monde, a une nouvelle propriété à ajouter à son répertoire superlatif. De nouvelles recherches ont montré que le scellement des molécules entre deux feuilles de graphène atomiquement minces crée une pression extrême sur les molécules pour modifier leur état, les convertir en nouveaux cristaux.

Le groupe de recherche de l'Université de Manchester, dirigé par le professeur Rahul Nair, publié les résultats dans Communication Nature . Les résultats frappants démontrent de nouvelles méthodes de création de matériaux 2D polyvalents qui ont des propriétés et des avantages uniques pour un large éventail d'applications.

La nano-presse à graphène est rendue possible grâce aux propriétés uniques du matériau. Le graphène est plus fort que le diamant, ce qui permet d'exercer une pression extrême sur les molécules piégées sans casser les couches de graphène. Les deux couches empilées créent également une enveloppe auto-obturante autour des molécules piégées pour les contenir.

Les molécules enfermées entre deux couches de graphène subissent des pressions équivalentes à 10, 000 fois la pression d'air dans un pneu de vélo.

Le professeur Nair a déclaré :« En raison de cette pression extrêmement élevée et de l'important confinement des molécules piégées, ces boîtiers en graphène agissent efficacement comme un autocuiseur à l'échelle nanométrique qui fonctionne à température ambiante."

Graphène, d'abord isolé et étudié à l'Université de Manchester en 2004, a démontré que les matériaux bidimensionnels ont des propriétés extraordinaires qui pourraient changer la façon dont nous fabriquons l'électronique, matériaux composites, piles et plus.

Toute une famille de cristaux 2D a depuis été découverte, accroître notre connaissance et notre compréhension des matériaux atomiquement minces au-delà du graphène. Ces nouveaux nanocristaux nous permettent d'élargir la boîte à outils avec laquelle les chercheurs peuvent travailler pour créer les appareils et les applications du futur.

Cette recherche a été stimulée par des travaux antérieurs du National Graphene Institute qui ont observé ce qui arrive aux molécules d'eau à l'échelle nanométrique.

Cristaux 2D d'oxyde de cuivre, l'oxyde de magnésium et l'oxyde de calcium ont été produits en utilisant cette nouvelle approche à température ambiante, ce qui était auparavant considéré comme impossible. Conversion de solutions salines telles que le sulfate de cuivre, ou le chlorure de magnésium nécessite généralement une exposition à une chaleur et une pression intenses pour créer ces réactions. Cette nouvelle méthode entraîne les mêmes résultats à température ambiante via la pression créée dans une enceinte d'un nanomètre entre deux couches de graphène.

Dr Vasu Siddeswara Kalangi, le premier auteur de l'article de recherche a déclaré :« Les effets observés ne se limitent pas aux enceintes de graphène ; d'autres cristaux 2D peuvent être utilisés, trop. Notre étude montre la possibilité d'explorer la chimie et la physique des hautes pressions à l'échelle nanométrique en utilisant la presse hydraulique au graphène."

Les recherches actuelles dans le domaine des matériaux 2D se concentrent sur la fabrication d'hétérostructures en superposant différents matériaux atomiquement minces et en étudiant divers dispositifs d'hétérostructures, par exemple, LED de taille nanométrique.

Cette nouvelle recherche permet également aux scientifiques de comprendre l'effet des molécules piégées dans de nouveaux dispositifs à hétérostructure qui pourraient aider ou perturber leur travail.

De nouvelles voies passionnantes se sont ouvertes pour permettre une meilleure compréhension du monde qui nous entoure à l'échelle atomique et accélérer la commercialisation de nouveaux dispositifs à base de graphène.