Que vous l'appeliez effervescent, pétillant, ou pétillant, l'eau gazeuse fait son retour en tant que boisson. En plus d'étancher la soif, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont découvert une nouvelle utilisation pour ces concoctions « pétillantes » qui auront un impact majeur sur le fabricant des plus minces du monde, le plus plat, et l'un des matériaux les plus utiles :le graphène.

Au fur et à mesure que la popularité du graphène grandit en tant que matériau « miracle » avancé, la vitesse et la qualité à laquelle il peut être fabriqué seront primordiales. Dans cet esprit, le groupe de recherche de SungWoo Nam, professeur adjoint de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'Illinois, a développé une méthode plus propre et plus écologique pour isoler le graphène en utilisant du dioxyde de carbone (CO2) sous forme d'acide carbonique comme solution électrolytique. Les résultats sont publiés dans le plus récent Journal de la chimie des matériaux C .

Nam, un expert dans le domaine des matériaux 2D, s'intéresse particulièrement au graphène pour son utilisation dans des capteurs ou des dispositifs flexibles, par exemple, un patch portable qui, lorsqu'il est placé directement sur la peau, est si fin et transparent, ce n'est pas perceptible. Nam a actuellement des projets avec l'industrie pour fabriquer des capteurs de graphène portables.

Le graphène est synthétisé en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur sur un substrat métallique, généralement une feuille de cuivre. Un aspect particulièrement délicat de la production de graphène est de savoir comment séparer ce matériau atomiquement mince de son substrat métallique natif pour l'intégrer dans des dispositifs utiles. Cela implique généralement soit de dissoudre le métal de haute pureté, soit de le décoller du substrat, ce qui nécessite l'utilisation de produits chimiques agressifs qui laissent des résidus tenaces. Le graphène ultra-mince doit également être recouvert d'une couche de support en polymère tel que du polycarbonate ou du PMMA (poly méthacrylate de méthyle), ce qui nécessite l'utilisation de solvants souvent toxiques et cancérigènes.

"Dans notre cas, nous utilisons un polymère dérivé de la biomasse, éthylcellulose, pour le revêtement, " a déclaré Michael Cai Wang, Le doctorant de Nam et chercheur principal sur le projet. "Un polymère courant et peu coûteux souvent utilisé comme additif alimentaire, l'éthylcellulose est solvatée uniquement dans l'éthanol. Cela rend non seulement notre processus de transfert de graphène plus respectueux de l'environnement, il est désormais également compatible avec une variété de matériaux biologiques polymères et mous tels que les plastiques et les hydrogels courants qui ne toléreraient pas autrement les solvants agressifs. »

"Après avoir transféré le graphène, l'acide carbonique s'évapore simplement sous forme de dioxyde de carbone et d'eau, qui ne nécessite aucun autre rinçage, " a noté Nam. " Nous économisons ainsi à la fois de l'eau et du temps en éliminant le besoin conventionnel du processus de rinçage répétitif et fastidieux. En utilisant des électrolytes tels que NaOH ou NaCl, par exemple, le sodium a tendance à rester sur le graphène, dont il est très difficile de se débarrasser complètement."

"En délaminant le graphène de la feuille de cuivre à l'aide d'acide carbonique, nous sommes également en mesure de réutiliser le substrat de croissance plusieurs fois au lieu de le dépenser, réalisant d'importantes économies de matériaux et de coûts », a déclaré Wang.

« Je pense que scientifiquement, ce que nous apportons à la communauté est de vraiment motiver les gens à réfléchir à une façon plus propre de fabriquer du graphène, " Nam a déclaré. "Nous essayons d'améliorer les protocoles bien établis afin que l'industrie puisse facilement adopter nos techniques. Parce que de nombreux appareils sont contaminés par ces produits chimiques précédemment utilisés, cela affecte inévitablement la propriété du graphène."

« Le graphène commence tout juste à mûrir du laboratoire aux applications commerciales, " a dit Wang. " Une fois que vous commencez la fabrication à grande échelle, la santé des travailleurs est également une considération majeure, un autre avantage de notre processus plus vert."

En plus de préparer notre tasse de décaféiné ou coupe de champagne préférée, le groupe espère également que la communauté scientifique pourrait s'en inspirer pour trouver de nouvelles façons d'utiliser le CO2 autrement nuisible pour des applications pratiques. Ils envisagent de prolonger le cycle de vie utile du carbone dans l'écosystème industriel tout en détournant et en atténuant ses émissions dans l'atmosphère. Alors que l'acidification des océans est une conséquence indésirable de la concentration toujours croissante de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre, l'équipe de recherche s'est inspirée de cela pour exploiter ce même mécanisme pour fabriquer de manière durable ce nouveau matériau « merveille ».

Nam pense également que cette méthode peut avoir un impact non seulement sur la production de graphène, mais également fournir une technique verte et abordable à utiliser pour le traitement de gravure et de délaminage d'autres matériaux.

"Si vous êtes intéressé à fabriquer le meilleur transistor au monde, il faut avoir le plus propre, matériau le plus pur que vous puissiez synthétiser et transférer, " a-t-il conclu. " Ici, nous offrons cette opportunité à la communauté. En outre, beaucoup de gens essaient également de mesurer les propriétés intrinsèques d'autres matériaux. Notre approche les aidera à le faire. »