Le graphène est un nouveau matériau passionnant, qui a été caractérisé comme un «matériau merveilleux» en raison de ses excellentes propriétés. Le graphène a attiré l'attention en 2010 lorsque le prix Nobel de physique a été décerné aux chercheurs qui l'ont découvert. Le graphène n'a qu'une couche d'atome d'épaisseur, ce qui en fait le matériau le plus fin au monde. Dans sa thèse, Vesa-Matti Hiltunen a montré que le graphène pouvait être « forgé » à l'aide de la lumière laser. Cela crée des structures tridimensionnelles très rigides en graphène, qui peut potentiellement être utilisé pour fabriquer des dispositifs mécaniques plus rapides et plus précis.

Le graphène a plusieurs excellentes propriétés, comme la conductivité électrique, transparence et résistance mécanique. En raison de ces propriétés, le graphène a été envisagé pour être utilisé dans diverses applications, en stockage d'énergie, capteurs ou technologie de communication.

MSc Vesa-Matti Hiltunen a étudié dans son doctorat. comment la forme et les propriétés du graphène peuvent être modifiées en l'exposant à des impulsions laser très courtes mais puissantes. En raison des impulsions laser, normalement, le graphène entièrement bidimensionnel peut être moulé en structures tridimensionnelles.

"Nous appelons cette méthode forgeage optique, car cela ressemble à la façon dont une tôle plate peut être forgée en formes tridimensionnelles avec un marteau. Les structures fabriquées par forgeage optique sont des centaines de fois supérieures à l'épaisseur du graphène, mais toujours si petits qu'ils s'adaptent facilement, par exemple, sur un cheveu, " dit Vesa-Matti Hiltunen.

La lumière laser rigidifie le graphène

Les appareils qui peuvent être fabriqués à partir de graphène sont, par exemple, différents capteurs qui fonctionnent en vibrant mécaniquement. Le forgeage optique a été découvert pour rigidifier le graphène afin qu'il ne se plie pas si facilement. C'est une observation intéressante, puisque l'augmentation de la rigidité en flexion augmente également la fréquence vibratoire du graphène. Fréquence accrue, à son tour, peut améliorer la vitesse et la précision des appareils fabriqués à partir de celui-ci.

"En utilisant le forgeage optique, nous avons pu créer des structures jusqu'à 10 000 fois plus rigides que le graphène non modifié. C'est un record pour un matériau aussi fin, " dit Hiltunen.

La forme est le résultat de changements à l'échelle atomique

Au cours de l'étude, il a été découvert que le forgeage optique provoque des défauts de réseau au graphène, c'est-à-dire que la structure du graphène se brise.

Le graphène commence à se briser à partir de points aléatoires. Si le graphène est exposé à la lumière laser pendant assez longtemps, les défauts en forme de points se transforment en défauts de ligne, ou des fissures. Les défauts conduisent à une expansion locale du graphène, ce qui fait gonfler le graphène en formes tridimensionnelles.

"La recherche a donné de nombreuses informations sur la façon dont la forme du graphène et ses propriétés peuvent être modifiées. Une grande force de la méthode est que, pour modifier le graphène, aucun processus complexe ou traitement chimique n'est nécessaire. La lumière laser est tout ce qui est nécessaire, ", résume Hiltunen.