Une équipe de chercheurs du Centre des matériaux carbonés multidimensionnels, au sein de l'Institute for Basic Science (IBS) ont mesuré et contrôlé la température de bulles individuelles de graphène avec un seul faisceau laser pour la première fois. L'étude est désormais disponible sur Lettres d'examen physique .

La nature hautement élastique et flexible du graphène permet la création de grandes bulles stables, de façon plus ou moins contrôlée. La déformation et la courbure introduites par les bulles sont connues pour régler l'électronique, chimique, et les propriétés mécaniques de ce matériau. Généralement, les bulles de graphène sont plus réactives que le graphène plat, ils pourraient donc être plus enclins à être décorés de groupes chimiques. Les bulles peuvent servir de minuscules, réacteurs fermés, et leur surface incurvée pourrait fournir un effet de lentille. Comprendre comment la température varie dans les bulles est un facteur important pour plusieurs applications.

"Si vous pensez que des réactions chimiques pourraient être effectuées à l'intérieur de la bulle ou à la surface de chaque bulle de graphène, puis changer la distribution de température dans une bulle influencera de manière significative les réactions qui ont lieu, " dit Yuan Huang, le premier auteur de l'étude.

Dans cette étude, des bulles se forment à l'interface entre une feuille de graphène et un substrat de silice (SiO2/Si) sur lequel elle repose. La surface de SiO2 attire certaines molécules qui s'évaporent lorsqu'elles sont chauffées, créer des bulles.

Comme également prédit par les théoriciens de l'équipe, Xiao Wang et Feng Ding, la température oscille avec la hauteur de la bulle. Bien que chaque bulle ne mesure que quelques micromètres de largeur et environ un micromètre de hauteur, les scientifiques ont pu détecter une variation de température, non seulement entre le centre et les bords, mais aussi à différentes hauteurs de la bulle.

Lorsqu'une bulle de graphène est éclairée par un faisceau laser, les rayons incidents et réfléchis se chevauchent en formant une onde stationnaire optique à la surface. L'augmentation de la puissance laser a pour effet de chauffer sélectivement des régions spécifiques de la bulle, qui correspondent à l'interférence maximale de l'onde optique stationnaire. Les scientifiques d'IBS ont détecté des changements locaux de température dans chaque bulle à l'aide de la spectroscopie Raman, une technique standard pour mesurer les caractéristiques et la morphologie du graphène.

« Les ondes stationnaires près des surfaces ont longtemps été ignorées et n'ont été que rarement observées de manière directe. Les résultats sont surprenants. Le faisceau laser peut chauffer efficacement le graphène, et nous pouvons déterminer la conductivité thermique dans les bulles de graphène à partir de sa distribution de température, " explique Wolfgang Bacsa, l'un des membres de l'équipe, et chercheur invité du CEMES-CNRS et de l'Université de Toulouse en France.

"Ces résultats confirment la conductivité thermique élevée du graphène précédemment mesurée, démontrer l'excellente adhérence autour du périmètre de la bulle de graphène, et offrir de nouvelles perspectives sur la façon de chauffer des bulles de graphène à des endroits spécifiques, " conclut Rod Ruoff, co-auteur et directeur du Center for Multidimensional Carbon Materials. "Plus nous en savons sur les propriétés physiques des bulles de graphène, plus nous pourrons peut-être les utiliser de différentes manières. »

Par exemple, une application intéressante pourrait être la création de feuilles de graphène avec des trous circulaires, comme un motif "à pois". Comme la surchauffe des bulles les fait éclater, les pores décorés de groupes chimiques spécifiques pourraient fonctionner comme des filtres sélectifs moléculaires. Les propriétés uniques du graphène ne cessent jamais d'étonner.