Le graphène est l'un des nouveaux matériaux les plus prometteurs. Cependant, les chercheurs du monde entier sont toujours à la recherche d'un moyen de produire du graphène sans défaut à faible coût. Les chimistes de la Friedrich-Alexander-Universiät Erlangen-Nürnberg (FAU) ont maintenant réussi pour la première fois à produire du graphène sans défaut directement à partir du graphite. Ils ont récemment publié leurs découvertes dans la revue Communication Nature .

Le graphène est bidimensionnel et se compose d'une seule couche d'atomes de carbone. Il est particulièrement bon pour conduire l'électricité et la chaleur, transparent et flexible mais solide. Les propriétés uniques du graphène le rendent approprié pour une utilisation dans une large gamme de technologies pionnières, comme dans les électrodes transparentes pour les écrans flexibles.

Cependant, l'industrie des semi-conducteurs ne pourra utiliser le graphène avec succès qu'une fois que des propriétés telles que la taille, la surface et le nombre de défauts - qui influencent sa conductivité - peuvent être améliorés lors de la synthèse. Une équipe de chercheurs de la FAU dirigée par le Dr Andreas Hirsch de la Chaire de chimie organique II a récemment fait une percée cruciale dans ce domaine. Avec l'aide de l'additif benzonitrile, ils ont trouvé un moyen de produire du graphène sans défaut directement à partir d'une solution. Leur méthode permet de couper le graphène - qui est d'une qualité plus élevée que jamais auparavant - sans provoquer de défauts et permet également de définir des propriétés électroniques spécifiques à travers le nombre de porteurs de charge. Par ailleurs, leur technique est à la fois peu coûteuse et efficace.

Une façon courante de synthétiser le graphène est l'exfoliation chimique du graphite. Dans ce processus, les ions métalliques sont noyés dans le graphite, qui est en carbone, résultant en ce qu'on appelle un composé d'intercalation. Les différentes couches de carbone - le graphène - sont séparées à l'aide de solvants. Le graphène stabilisé doit ensuite être séparé du solvant et réoxydé. Cependant, défauts dans les différentes couches de carbone, telles que l'hydratation et l'oxydation des atomes de carbone dans le réseau, peut se produire au cours de ce processus. Les chercheurs de la FAU ont maintenant trouvé une solution à ce problème. En ajoutant le solvant benzonitrile, le graphène peut être éliminé sans formation de groupes fonctionnels supplémentaires - et il reste sans défaut.

"Cette découverte est une percée pour les experts dans le domaine international de la synthèse réductrice de graphène, " explique le professeur Hirsch. «Sur la base de cette découverte, nous pouvons nous attendre à des avancées majeures en termes d'applications de ce type de graphène qui est produit à l'aide d'une exfoliation chimique humide. Un exemple pourrait être la découpe de graphène sans défaut pour la technologie des semi-conducteurs ou des capteurs.'

Bénéfices supplémentaires

La méthode imaginée par les chercheurs de la FAU présente un autre avantage :la molécule de benzonitrile réduite formée lors de la réaction devient rouge tant qu'elle n'entre pas en contact avec l'oxygène ou l'eau. Ce changement de couleur permet de déterminer facilement le nombre de porteurs de charge dans le système grâce à des mesures d'absorption. Auparavant, cela ne pouvait être fait qu'en mesurant la tension et signifie que les chercheurs en graphène et en batteries disposent désormais d'une nouvelle façon de mesurer l'état de charge.