Chercheurs de l'Université de Linköping, Suède, a étudié le graphène sur carbure de silicium. Crédit :Karin Söderlund Leifler
En introduisant des défauts dans la surface parfaite du graphène sur carbure de silicium, des chercheurs de l'université de Linköping en Suède ont augmenté la capacité du matériau à stocker des charges électriques. Ce résultat, qui a été publié dans la revue scientifique Electrochimica Acta, augmente nos connaissances sur la façon dont ce matériau ultrafin peut être utilisé.
Le matériau le plus fin jamais produit, graphène, se compose d'une seule couche d'atomes de carbone. Ils forment une structure en grillage d'un atome d'épaisseur, avec des propriétés uniques. Il est environ 200 fois plus résistant que l'acier, et très flexible. C'est transparent, mais les gaz et les liquides ne peuvent pas le traverser. En outre, c'est un excellent conducteur d'électricité. Il existe de nombreuses idées sur la façon dont ce nanomatériau peut être utilisé, et la recherche d'applications futures est intense.
"Le graphène est fascinant, mais extrêmement difficile à étudier, " dit Mikhaïl Vagin, ingénieur de recherche principal au Département des sciences et technologies et au Département de physique, Chimie et biologie à l'Université de Linköping.
L'un des facteurs contribuant à la difficulté de comprendre les propriétés du graphène est qu'il s'agit de ce que l'on appelle un matériau « anisotrope ». Cela signifie que ses propriétés lorsqu'elles sont mesurées sur la surface plane de la couche d'atomes de carbone diffèrent de celles mesurées sur les bords. Par ailleurs, les tentatives pour comprendre le comportement du graphène au niveau atomique sont compliquées par le fait qu'il peut être produit de plusieurs manières. Les propriétés du graphène en petits flocons, qui ont de nombreux bords, diffèrent à plusieurs égards de celles du graphène produit sous forme de feuillets d'une superficie d'environ 1 cm2.
Des chercheurs de l'université de Linköping en Suède ont étudié les propriétés du graphène anodisé. Crédit :Karin Söderlund Leifler
Les chercheurs qui ont mené l'étude ont utilisé du graphène créé sur un cristal de carbure de silicium par une méthode développée à l'Université de Linköping. Lorsque le carbure de silicium est chauffé à 2000 °C, les atomes de silicium à la surface passent à la phase vapeur et seuls les atomes de carbone restent. Le graphène ne réagit pas facilement avec son environnement en raison de la haute qualité de la couche de graphène et de son inertie innée, alors que les applications reposent souvent sur une interaction contrôlée entre le matériau et l'environnement, comme les molécules de gaz. Une discussion en cours parmi les chercheurs dans le domaine est de savoir s'il est possible d'activer le graphène sur la surface plane ou s'il est nécessaire d'avoir des bords. Les chercheurs de LiU ont étudié ce qui se passe lorsque des défauts de surface sont introduits de manière contrôlée, et a ainsi tenté de comprendre plus en détail comment les propriétés du graphène sont liées à sa structure.
"Un processus électrochimique connu sous le nom d'"anodisation" décompose la couche de graphène de telle sorte que davantage de bords sont créés. Nous avons mesuré les propriétés du graphène anodisé et découvert que la capacité du matériau à stocker de l'électricité était assez élevée, " dit Mikhaïl Vagin.
Plus de travail est nécessaire avant que les nouvelles connaissances puissent être utilisées, et de produire le même effet à plus grande échelle. Les scientifiques prévoient de poursuivre la recherche de plusieurs manières.
"Le graphène sur carbure de silicium peut être fabriqué dans des zones plus grandes que les autres types de graphène. Si nous pouvons modifier les propriétés du matériau de manière contrôlée, il peut être possible d'adapter la surface pour d'autres fonctions. C'est peut-être possible, par exemple, pour créer un capteur qui a sa propre batterie intégrée, " dit Mikael Syväjärvi, ingénieur de recherche principal au département de physique, Chimie et biologie et co-auteur de l'article. Il est l'un des fondateurs d'une entreprise, AB graphique, qui fonctionne avec les applications commerciales du graphène sur le carbure de silicium.
Les résultats sont issus d'un projet de diplôme réalisé en collaboration entre Graphensic et des chercheurs de l'Université de Linköping.
