De gauche à droite, Un flacon de graphite (Gr), comme ce que vous trouveriez dans un crayon ordinaire; un flacon d'oxyde de graphène (GO), produit en exfoliant Gr - en éliminant les couches du matériau - et en le mélangeant avec la bactérie Shewanella; un flacon du produit résultant - des matériaux de graphène (mrGO); et un flacon de matériaux de graphène qui ont été produits chimiquement (crGO). Les matériaux de graphène produits par le laboratoire d'Anne Meyer sont nettement plus minces que les matériaux de graphène produits chimiquement. Crédit :Université de technologie de Delft / Benjamin Lehner
Afin de créer de nouveaux ordinateurs plus efficaces, Équipement médical, et d'autres technologies avancées, les chercheurs se tournent vers les nanomatériaux :des matériaux manipulés à l'échelle d'atomes ou de molécules qui présentent des propriétés uniques.
Le graphène, un flocon de carbone aussi fin qu'un seul atome, est un nanomatériau révolutionnaire en raison de sa capacité à conduire facilement l'électricité, ainsi que sa résistance mécanique et sa flexibilité extraordinaires. Cependant, un obstacle majeur à son adoption pour les applications quotidiennes est la production de graphène à grande échelle, tout en conservant ses propriétés étonnantes.
Dans un article publié dans la revue ChemOpen , Anne S. Meyer, professeur agrégé de biologie à l'Université de Rochester, et ses collègues de l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, décrire un moyen de surmonter cet obstacle. Les chercheurs décrivent leur méthode pour produire des matériaux de graphène en utilisant une nouvelle technique :mélanger du graphite oxydé avec des bactéries. Leur méthode est plus rentable, un gain de temps, et une manière respectueuse de l'environnement de produire des matériaux de graphène par rapport à ceux produits chimiquement, et pourrait conduire à la création de technologies informatiques et d'équipements médicaux innovants.
Le graphène est extrait du graphite, le matériau trouvé dans un crayon ordinaire. À exactement un atome d'épaisseur, Le graphène est le matériau bidimensionnel le plus fin mais le plus résistant connu des chercheurs. Des scientifiques de l'Université de Manchester au Royaume-Uni ont reçu le prix Nobel de physique 2010 pour leur découverte du graphène; cependant, leur méthode d'utilisation de ruban adhésif pour fabriquer du graphène n'a donné que de petites quantités de matériau.
"Pour des applications réelles, vous avez besoin de grandes quantités, " dit Meyer. " La production de ces quantités en vrac est difficile et aboutit généralement à un graphène plus épais et moins pur. C'est là que notre travail est entré en jeu."
Anne Meyer, professeur de biologie, et ses collègues ont développé une nouvelle approche pour produire du graphène en laboratoire. Crédit :Université de Rochester / J. Adam Fenster
Afin de produire de plus grandes quantités de matériaux de graphène, Meyer et ses collègues ont commencé avec une fiole de graphite. Ils ont exfolié le graphite - en éliminant les couches de matériau - pour produire de l'oxyde de graphène (GO), qu'ils ont ensuite mélangés avec la bactérie Shewanella. Ils laissent reposer le bécher de bactéries et de précurseurs pendant la nuit, au cours de laquelle les bactéries ont réduit le GO en un matériau de graphène.
"L'oxyde de graphène est facile à produire, mais il n'est pas très conducteur en raison de tous les groupes oxygène qu'il contient, " Meyer dit. " Les bactéries éliminent la plupart des groupes d'oxygène, qui le transforme en un matériau conducteur."
Alors que le matériau de graphène produit par des bactéries créé dans le laboratoire de Meyer est conducteur, il est également plus fin et plus stable que le graphène produit chimiquement. Il peut en outre être stocké plus longtemps, ce qui le rend bien adapté à une variété d'applications, y compris les biocapteurs à transistors à effet de champ (FET) et l'encre conductrice. Les biocapteurs FET sont des dispositifs qui détectent des molécules biologiques et pourraient être utilisés pour effectuer, par exemple, surveillance de la glycémie en temps réel pour les diabétiques.
"Lorsque des molécules biologiques se lient à l'appareil, ils modifient la conductance de la surface, envoyer un signal que la molécule est présente, " Meyer dit. " Pour faire un bon biocapteur FET, vous voulez un matériau hautement conducteur mais qui peut également être modifié pour se lier à des molécules spécifiques. " L'oxyde de graphène qui a été réduit est un matériau idéal car il est léger et très conducteur, mais il conserve généralement un petit nombre de groupes oxygène qui peuvent être utilisés pour se lier aux molécules d'intérêt.
Le matériau de graphène produit par des bactéries pourrait également être la base d'encres conductrices, lequel pourrait, à son tour, être utilisé pour fabriquer des claviers d'ordinateur plus rapides et plus efficaces, circuits imprimés, ou de petits fils tels que ceux utilisés pour dégivrer les pare-brise des voitures. L'utilisation d'encres conductrices est "plus facile, moyen plus économique de produire des circuits électriques, par rapport aux techniques traditionnelles, " dit Meyer. Les encres conductrices pourraient également être utilisées pour produire des circuits électriques sur des matériaux non traditionnels comme le tissu ou le papier.
« Notre matériau de graphène produit par des bactéries conduira à une bien meilleure adéquation au développement de produits, " dit Meyer. " Nous avons même pu développer une technique de " lithographie bactérienne " pour créer des matériaux de graphène qui n'étaient conducteurs que d'un côté, qui peut conduire au développement de nouveaux, matériaux nanocomposites avancés."
