À ce jour, il s'est avéré très difficile de convertir les promesses du graphène, un matériau miracle, en applications pratiques. Amédée Bellunato, doctorat candidat à l'Institut de chimie de Leiden, a développé une méthode de découpe du graphène en fragments plus petits à l'aide d'un couteau en diamant. Il peut alors construire des nanostructures à partir des fragments. doctorat soutenance le 11 décembre.

Le graphène est une structure en nid d'abeilles d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un seul atome. Après sa découverte en 2004, il semblait être le matériau de base idéal pour les applications des nanotechnologies :il est super résistant et il est exceptionnellement bon conducteur de chaleur et d'électricité. En 2013, l'UE a lancé le Graphene Flagship, un programme de recherche doté d'un budget d'un milliard d'euros pour développer des applications telles que des cellules solaires plus efficaces, LED, batteries et toutes sortes de capteurs.

Cependant, dans sa thèse, Bellunato déclare que la fabrication de telles nanostructures est encore un processus de production extrêmement complexe qui ne se prête pas bien à la production en série. Aussi, il s'est avéré presque impossible de fonctionnaliser sélectivement le graphène chimiquement, c'est-à-dire pour connecter d'autres éléments chimiques, tels que les atomes d'oxygène ou d'azote, aux bords d'une nanostructure de graphène. Il est important de pouvoir le faire afin de transformer le graphène en un nanomatériau polyvalent avec de multiples applications.

Sandwich au graphène

Inspiré d'expériences antérieures, Bellunato a décidé d'adopter une approche différente, à savoir prendre un sandwich de plastique et de métal avec une couche de graphène au milieu, et de le couper littéralement en fragments. Il le fait à l'aide d'un microtome, un couteau en diamant qui peut couper des fragments avec une précision nanométrique.

Dans le tranchant du sandwich, un parfaitement propre, un bord de graphène d'une épaisseur d'un atome est exposé, auxquels d'autres atomes ou molécules peuvent être reliés par des moyens chimiques. La tranche de graphène peut également être connectée à un courant électrique, en le transformant en cellule électrochimique. Cela peut être comparé au revêtement électrochimique d'un métal, mais ensuite à l'échelle nanométrique, puisque seul le bord du graphène est enduit. Bellunato a également pu construire un sandwich de nanopores et de nanogaps de graphène à l'aide de bandes microscopiques.

Il s'est également avéré possible de réaliser une jonction dite tunnel. Cela se produit entre deux conducteurs électriques, lorsqu'ils sont à quelques nanomètres l'un de l'autre en un point particulier. Un courant infime peut alors circuler entre les deux conducteurs. Comme le flux d'énergie est très sensible à la distance entre les conducteurs, cet effet tunnel est à la base de toutes sortes de capteurs extrêmement sensibles.

Bellunato :« Cette jonction tunnel n'est pas nouvelle. Il s'agit d'affiner la technique, et ensuite il devrait avoir des applications pratiques d'ici cinq ans environ. » La technique non conventionnelle qu'il a développée ne sera pas principalement utilisée dans les produits de consommation, il attend, mais plutôt dans des instruments de recherche avancés.