Des scientifiques de l'UCL ont expliqué pour la première fois le mystère de l'utilité du ruban adhésif pour la production de graphène.

L'étude, Publié dans Matériaux avancés , utilisé des superordinateurs pour modéliser le processus par lequel les feuilles de graphène sont exfoliées à partir de graphite, le matériel aux crayons.

Le graphène est connu pour être le matériau le plus résistant au monde, léger et avec une électricité extraordinaire, propriétés thermiques et optiques. Sans surprise, il offre de nombreux avantages pour une application commerciale.

Il existe différentes méthodes pour exfolier le graphène, y compris la célèbre méthode du ruban adhésif développée par le prix Nobel Andre Geim. Cependant, jusqu'à présent, on savait peu de choses sur le fonctionnement du processus d'exfoliation du graphène à l'aide de ruban adhésif.

Les universitaires de l'UCL sont désormais en mesure de démontrer comment des flocons individuels de graphite peuvent être exfoliés pour former des couches d'un atome d'épaisseur. Ils révèlent également que le processus de pelage d'une couche de graphène demande 40 % moins d'énergie que celui d'une autre méthode courante appelée cisaillement. Cela devrait avoir des impacts de grande envergure sur la production commerciale de graphène.

"La méthode du ruban adhésif fonctionne un peu comme éplucher des boîtes d'œufs avec un mouvement vertical, c'est plus facile que de tirer l'un horizontalement sur l'autre lorsqu'ils sont soigneusement empilés, " a expliqué le professeur Peter Coveney, Directeur du Center for Computational Science (UCL Chimie).

« Si vous tondez, alors vous êtes bloqué par cette configuration de boîte à œufs. Mais si vous épluchez, vous pouvez les séparer beaucoup plus facilement. L'adhésif polyméthacrylate de méthyle sur ruban adhésif traditionnel est idéal pour ramasser le bord de la feuille de graphène afin qu'il puisse être soulevé et pelé, " a ajouté le professeur Coveney.

Le graphite se produit naturellement, sa structure cristalline de base est constituée d'empilements de feuilles plates d'atomes de carbone fortement liés dans un motif en nid d'abeille. Les nombreuses couches de graphite sont liées entre elles par des interactions faibles et peuvent facilement glisser sur de grandes distances les unes sur les autres avec peu de friction en raison de leur superlubrification.

Les scientifiques de l'UCL ont simulé une expérience menée en 2015 au Lawrence Berkeley Laboratory à Berkeley, Californie, qui a utilisé un microscope spécial à résolution atomique pour voir comment les flocons de graphène se déplacent sur une surface de graphite.

Les résultats du supercalculateur correspondent aux observations de Berkeley montrant qu'il y a moins de mouvement lorsque les atomes de graphène s'alignent parfaitement avec les atomes ci-dessous.

"Malgré les nombreuses recherches menées sur le graphène depuis sa découverte, il est clair que jusqu'à présent notre compréhension de son comportement à l'échelle de la longueur atomique était très pauvre, " explique le doctorant Robert Sinclair (UCL Chimie).

« La seule raison avant tout pour laquelle le matériau est difficile à utiliser, c'est parce qu'il est difficile à fabriquer. Même maintenant, une douzaine d'années après sa découverte, les entreprises doivent appliquer des méthodes de ruban adhésif pour le séparer, comme l'ont fait les Lauréats pour le découvrir; à peine un processus de haute technologie et industriellement simple à mettre en œuvre. Nous sommes maintenant en mesure d'aider les expérimentateurs à comprendre comment le distinguer, ou le faire sur commande. Cela pourrait avoir des implications financières importantes pour l'industrie émergente du graphène, " dit le professeur Coveney.