Oubliez les produits chimiques, catalyseurs et des machines coûteuses - une équipe de physiciens de l'Université d'État du Kansas a découvert un moyen de produire en masse du graphène avec trois ingrédients :de l'oxygène et une bougie.

Leur méthode est simple :remplir une chambre d'acétylène ou d'éthylène gazeux et d'oxygène. Utilisez une bougie d'allumage de véhicule pour créer une détonation contenue. Recueillez le graphène qui se forme par la suite.

Chris Sorensen, professeur distingué de physique à l'université Cortelyou-Rust, est l'inventeur principal du brevet récemment délivré, "Procédé de production à haut rendement de graphène par détonation de matériaux contenant du carbone." Parmi les autres chercheurs de l'Université d'État du Kansas impliqués figurent Arjun Népal, chercheur postdoctoral et professeur de physique, et Gajendra Prasad Singh, ancien scientifique invité.

"Nous avons découvert un procédé viable pour fabriquer du graphène, " a déclaré Sorensen. " Notre procédé a de nombreuses propriétés positives, de la faisabilité économique, la possibilité d'une production à grande échelle et le manque de produits chimiques nocifs. Ce qui pourrait être la meilleure propriété de tous, c'est que l'énergie nécessaire pour fabriquer un gramme de graphène par le biais de notre processus est bien inférieure à celle d'autres processus, car il suffit d'une seule étincelle."

Le graphène est une feuille d'une seule épaisseur d'un atome d'atomes de carbone coordonnés de manière hexagonale, ce qui en fait le matériau le plus fin au monde. Depuis que le graphène a été isolé en 2004, les scientifiques ont découvert qu'il possédait de précieuses propriétés physiques et électroniques avec de nombreuses applications possibles, comme des batteries rechargeables plus efficaces ou une meilleure électronique.

Pour l'équipe de recherche de Sorensen, le chemin fortuit vers la création de graphène a commencé lorsqu'ils développaient et brevetaient des gels d'aérosols de suie de carbone. Ils ont créé les gels en remplissant une chambre en aluminium de 17 litres avec de l'acétylène et de l'oxygène. A l'aide d'une bougie, ils ont créé une détonation dans la chambre. La suie de la détonation a formé des gels aérosols qui ressemblaient à "un gâteau aux anges noirs, " dit Sorensen.

Mais après une analyse plus approfondie, les chercheurs ont découvert que le gel en aérosol était plus qu'un gâteau aux anges noirs, c'était du graphène.

"Nous avons fait du graphène par hasard, " a déclaré Sorensen. "Nous n'avions pas prévu de fabriquer du graphène. Nous avions prévu de fabriquer le gel aérosol et nous avons eu de la chance."

Mais contrairement à d'autres méthodes de création de graphène, La méthode de Sorensen est simple, efficace, économique et évolutif pour l'industrie.

D'autres méthodes de création de graphène impliquent la « cuisson » du graphite minéral avec des produits chimiques, tels que l'acide sulfurique, nitrate de sodium, permanganate de potassium ou hydrazine—pendant longtemps à des températures prescrites avec précision. Des méthodes supplémentaires consistent à chauffer des hydrocarbures à 1, 000 degrés Celsius en présence de catalyseurs.

De telles méthodes sont énergivores - et même dangereuses - et ont un faible rendement, tandis que la méthode de Sorensen et de son équipe fabrique de plus grandes quantités avec un minimum d'énergie et sans produits chimiques dangereux.

"Le vrai charme de notre expérience est que nous pouvons produire du graphène en grammes plutôt qu'en milligrammes, ", a déclaré le Népal.

Désormais, l'équipe de recherche, dont Justin Wright, doctorant en physique, Colline du Camp, Pennsylvanie—travaille à améliorer la qualité du graphène et à faire évoluer le processus de laboratoire à un niveau industriel. Ils modernisent certains équipements pour faciliter l'extraction du graphène de la chambre quelques secondes plutôt que quelques minutes après la détonation. Accéder plus rapidement au graphène pourrait améliorer la qualité du matériau, dit Sorensen.