Une équipe de recherche dirigée par l'Université nationale de Singapour (NUS) a développé une stratégie économique et industriellement viable pour produire du graphène. La nouvelle technique répond au défi de longue date d'un processus efficace pour la production à grande échelle de graphène, et ouvre la voie à une synthèse durable du matériau.

Le graphène est un matériau bidimensionnel avec une structure en nid d'abeille d'un seul atome d'épaisseur. Surnommé le matériau du futur, le graphène présente des propriétés électroniques uniques qui peuvent potentiellement être utilisées pour un large éventail d'applications telles que les écrans tactiles, encres conductrices et batteries à charge rapide. La difficulté de produire du graphène de haute qualité à un prix abordable à grande échelle, cependant, continue de faire obstacle à son adoption généralisée par les industries.

La méthode conventionnelle de production de graphène utilise l'énergie sonore ou les forces de cisaillement pour exfolier les couches de graphène du graphite, puis dispersion des couches dans de grandes quantités de solvant organique. Comme un solvant insuffisant provoque la réintégration des couches de graphène dans le graphite, produire un kilogramme de graphène nécessite actuellement au moins une tonne de solvant organique, rendant la méthode coûteuse et peu respectueuse de l'environnement.

Produire du graphène avec 50 fois moins de solvant

L'équipe de recherche en développement dirigée par NUS, d'autre part, utilise jusqu'à 50 fois moins de solvant. Ceci est obtenu en exfoliant du graphite prétraité dans des conditions très alcalines pour déclencher la floculation, un processus dans lequel les couches de graphène se regroupent en continu pour former une suspension de graphène sans avoir à augmenter le volume de solvant. La méthode introduit également des forces électrostatiques répulsives entre les couches de graphène et les empêche de se rattacher.

La suspension de graphène résultante peut être facilement séparée en monocouches si nécessaire ou stockée pendant des mois. La suspension peut également être utilisée directement pour imprimer en 3D des aérogels de graphène conducteur, un matériau ultra-léger semblable à une éponge qui peut être utilisé pour éliminer les déversements de pétrole dans la mer.

Le professeur Loh Kian Ping du département de chimie de la faculté des sciences de la NUS, qui est également responsable de la recherche sur les matériaux 2-D au NUS Center for Advanced 2-D Materials, a dirigé la recherche. Il a dit, "Nous avons démontré avec succès une stratégie d'exfoliation unique pour la préparation de graphène de haute qualité et de ses composites. Notre technique, qui produit un rendement élevé de graphène cristallin sous la forme d'une suspension concentrée avec un volume de solvant significativement plus petit, est une solution attrayante pour les industries pour réaliser la synthèse à grande échelle de ce matériau prometteur de manière rentable et durable. »