Dans le cadre d'une collaboration nationale de recherche, Des chercheurs espagnols, dont l'ICN2, ont fait du graphène uniformément nanoporeux une réalité praticable. Une étape majeure dans la recherche sur le graphène, cela nous rapproche un peu plus pour libérer le plein potentiel de ce matériau non seulement dans l'électronique, mais aussi dans les applications de filtration et de détection. L'ouvrage est publié dans Science .
Les chercheurs ont réussi à synthétiser une membrane de graphène avec des pores dont la taille, la forme et la densité peuvent être réglées avec une précision atomique à l'échelle nanométrique. L'ingénierie des pores à l'échelle nanométrique dans le graphène peut modifier ses propriétés fondamentales. Il devient perméable ou tamisé, et ce changement seul, combiné à la force intrinsèque et à la nano-minceur du graphène, indique son utilisation future comme la plus résistante, filtre écoénergétique et sélectif pour les substances extrêmement petites, y compris les gaz à effet de serre, sels et biomolécules.
Mais une seconde, un changement peut-être moins intuitif se produit également lorsque l'espacement entre les pores est également réduit à quelques atomes. Cela transforme le graphène de semi-métal en semi-conducteur, ouvrir la porte à son utilisation dans des applications électroniques, où il pourrait être utilisé pour remplacer le plus volumineux, composants en silicium plus rigides utilisés aujourd'hui.
Cependant, alors que tout cela est vrai en théorie, produire un tel matériau nécessite une précision que les procédés de fabrication actuels n'ont pas encore atteint, et il semble peu probable qu'il le fasse jamais. Le problème, c'est l'approche :percer des trous ou manipuler un matériau d'une épaisseur d'un seul atome est une tâche incroyablement délicate. Dans le travail décrit ici, l'équipe adopte une approche "bottom up" basée sur les principes de l'auto-assemblage moléculaire et de la polymérisation 2D, faire croître efficacement le graphène à partir de zéro avec les nanopores déjà intégrés.
Pour que cette approche fonctionne, le chercheur avait besoin d'une molécule précurseur très spécifique à utiliser comme blocs de construction initiaux qui se comporteraient comme prévu lorsqu'ils seraient soumis à différents stimuli. Dans ce travail, ces précurseurs ont été conçus et produits par les spécialistes de la chimie de synthèse du CiQUS, avant d'être emmené à l'ICN2 pour l'assemblage « bottom-up » du graphène nanoporeux.
Ils ont été soumis à plusieurs cycles de chauffage à haute température alors qu'ils étaient placés sur une surface d'or, qui sert à catalyser les réactions par lesquelles les molécules sont d'abord polymérisées, former longtemps, nanorubans en forme de dentelle, puis collé latéralement, pour créer la structure nanomesh 2D souhaitée avec des espaces uniformément espacés, pores de taille uniforme.
Simulé au DIPC et testé expérimentalement à l'ICN2, le résultat est un nouveau type de graphène qui présente des propriétés électriques proches de celles du silicium, et peut également agir comme un tamis moléculaire hautement sélectif. Appliqué conjointement, ces deux propriétés devraient permettre le développement de dispositifs combinés de filtre et de capteur, qui ne se contentera pas de trier des molécules spécifiques, mais bloquera ou surveillera alternativement leur passage à travers les nanopores à l'aide d'un champ électrique. De telles lectures électriques fourniraient des informations supplémentaires sur les concentrations exactes de molécules qui traversent les pores et à quel moment, quelque chose qui pointe également vers des applications possibles dans un séquençage plus efficace de l'ADN.
En effet, les applications réelles d'un tel accordable, les membranes de graphène uniformément nanoporeuse sont multiples. Ils vont de la surveillance et de l'atténuation de la pollution, au dessalement de l'eau, et même des applications en biomédecine, où un si mince, souple, une membrane biocompatible pourrait être utilisée pour soutenir des organes défaillants comme le rein, l'un des filtres naturels du corps.
