Depuis que l'isolement du graphène a été atteint pour la première fois en 2004, il y a eu une explosion de la recherche et du développement liés au graphène, avec des centaines d'opportunités commerciales produisant du graphène pour capitaliser sur cette industrie en pleine expansion. Cependant, une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) a découvert un problème majeur :un manque de normes de production a conduit à de nombreux cas de graphène de mauvaise qualité de la part des fournisseurs. De telles pratiques peuvent entraver les progrès de la recherche qui dépendent fondamentalement de l'utilisation de graphène de haute qualité.

« Il est alarmant de découvrir que les producteurs étiquettent les poudres noires comme du graphène et les vendent au meilleur prix, alors qu'en réalité, ils contiennent principalement du graphite bon marché. Il y a un fort besoin de mettre en place des normes strictes pour la caractérisation et la production de graphène afin de créer un marché du graphène sain et fiable dans le monde entier, " a déclaré le professeur Antonio Castro Neto, Directeur du NUS Center for Advanced 2-D Materials, qui a dirigé l'étude.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Matériaux avancés le 13 septembre 2018.

Comment distinguer un flocon de graphène d'un faux graphène

Le graphène a été désigné comme le matériau miracle du futur en raison de ses propriétés remarquables. Bien qu'il soit le matériau le plus fin sur Terre, il est 200 fois plus résistant que l'acier. À seulement un atome d'épaisseur, c'est aussi un incroyable conducteur électrique, mais reste léger, souple, et est transparent. Par conséquent, le graphène trouve des applications potentielles dans tout, des transistors aux dispositifs biomédicaux, et a même été proposé comme matériau pour la construction d'un ascenseur vers l'espace.

Le graphène est généralement produit en exfoliant du graphite, que l'on trouve dans les mines de crayon courantes, en poudre, immerger cette poudre dans un liquide, puis séparer les plus petits flocons de graphène en utilisant l'énergie sonore pour faire vibrer le mélange. Le but de cette synthèse est de produire le graphène le plus fin possible. Le graphène pur n'aurait qu'une couche atomique d'épaisseur, Cependant, l'Organisation internationale de normalisation (ISO) déclare que des piles de flocons de graphène jusqu'à dix couches d'épaisseur peuvent toujours se comporter comme du graphène.

Avec ça en tête, Le professeur Castro Neto et son équipe ont entrepris de développer une méthode systématique et fiable pour établir la qualité des échantillons de graphène du monde entier. Ils ont pu y parvenir en utilisant un large éventail de techniques analytiques et des échantillons testés de nombreux fournisseurs.

Après avoir analysé des échantillons de plus de 60 fournisseurs différents des Amériques, Asie et Europe, l'équipe NUS a découvert que la majorité contenait moins de 10 pour cent de ce qui peut être considéré comme des flocons de graphène. La majeure partie des échantillons était de la poudre de graphite qui n'a pas été exfoliée correctement.

"On ne sait pas si les producteurs de graphène contrefait sont conscients de la mauvaise qualité. Quoi qu'il en soit, l'absence de normes pour la production de graphène entraîne une mauvaise qualité du matériel vendu sur le marché libre. Cela a retardé le développement des futures applications, ", a expliqué le professeur Castro Neto.

La poudre de graphite et le graphène ont des propriétés très différentes, Ainsi, toute recherche menée sous prétexte que l'échantillon était du graphène pur donnerait des résultats inexacts. En outre, un seul des échantillons testés dans l'étude contenait plus de 40 % de graphène de haute qualité. De plus, certains échantillons ont même été contaminés par d'autres produits chimiques utilisés dans le processus de production. Ces résultats signifient que les chercheurs pourraient perdre un temps et un argent précieux à effectuer des expériences sur un produit faussement annoncé.

"Il s'agit de la toute première étude à analyser statistiquement la production mondiale de flocons de graphène. Compte tenu des enjeux importants liés à la santé, climat, et la durabilité que le graphène peut être en mesure de résoudre, il est crucial que la recherche ne soit pas entravée de cette manière, " a expliqué le professeur Castro Neto.

Surmonter la barrière à l'innovation du graphène

Avec cette découverte, et le développement d'une procédure de test fiable, les échantillons de graphène peuvent désormais être maintenus à un niveau plus élevé.

« Nous espérons que nos résultats accéléreront le processus de normalisation du graphène au sein de l'ISO, car le marché en a énormément besoin. Cela incitera les producteurs de graphène du monde entier à améliorer leurs méthodes pour produire un meilleur, produit correctement caractérisé qui pourrait aider à développer des applications dans le monde réel, " a déclaré le professeur Castro Neto.

En outre, tester le graphène à l'aide d'une méthode universelle et standardisée pourrait garantir des comparaisons quantitatives faciles entre les données produites par différents laboratoires et utilisateurs à travers le monde.