Le graphène monocouche trouve des applications pratiques dans de nombreux domaines, grâce à ses propriétés intrinsèques recherchées. Cependant, ces propriétés peuvent également limiter ses potentiels. L'ajout d'atomes étrangers peut aider, mais nécessite un contrôle précis. Maintenant, des chercheurs de Corée du Sud ont inventé une méthodologie simple pour contrôler finement l'intégration d'atomes étrangers avec le graphène, développer des hétérostructures composites à base de graphène permettant de stocker de l'énergie à faible coût et de fabriquer des ultraminces, électronique portable.

Peu de matériaux ont volé la vedette comme le graphène. Depuis sa découverte, le graphène est devenu la référence pour presque toutes les technologies, grâce à ses propriétés exceptionnelles telles qu'une grande surface, stabilité chimique, et une résistance mécanique et une élasticité élevées. Cependant, malgré ses applications apparemment illimitées, le potentiel du graphène reste sous-utilisé en raison de plusieurs facteurs, notamment son épaisseur à un seul atome, inertie chimique, et l'absence d'un fossé énergétique.

Une façon de surmonter ces limitations est d'intégrer le graphène avec d'autres matériaux, comme les métaux, isolants, et semi-conducteurs, pour former des structures composites avec des propriétés souhaitables. Par exemple, les chercheurs ajoutent des oxydes métalliques au graphène pour créer des nanostructures monocouche/métal-oxyde de graphène (GML/MONS) qui ont des propriétés physiques et chimiques améliorées. Cependant, déposer des couches uniformes d'oxydes métalliques sur du graphène sans perturber les caractéristiques de la couche de graphène est extrêmement difficile.

Dans une nouvelle étude publiée dans Nano énergie , une équipe de scientifiques des matériaux de Corée du Sud a maintenant développé des GML/MONS en utilisant une technique à basse température connue sous le nom de dépôt électrochimique, dans lequel ils ont développé des nanostructures d'oxyde métallique exclusivement sur les sites de défauts natifs du graphène. Ils y sont parvenus en immergeant une couche de graphène d'un seul atome d'épaisseur dans une solution de précurseur d'oxyde métallique. En ajustant le temps de dépôt, les scientifiques ont pu déposer précisément l'oxyde métallique sur la monocouche de graphène, créer des structures composites avec des propriétés uniques dans le processus. "Monocouches de graphène intégrées métal-oxyde avec des densités plus faibles (≤30 μg/cm ² ) possèdent moins de défauts, tandis que ceux avec des densités plus élevées ont des caractéristiques synergiques, " explique le professeur Sungwon Lee du Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST), Corée du Sud, qui faisait partie de l'équipe de recherche.

En contrôlant l'épaisseur et la densité de l'oxyde métallique, les scientifiques ont développé de l'oxyde de cobalt à haute densité énergétique (Co 3 O 4 )/des micro-supercondensateurs à base de GML pouvant être utilisés comme source d'alimentation, et des photorésistances ultrafines à base d'oxyde de zinc (ZnO)/GML qui possédaient une excellente flexibilité et résistance à l'usure.

Les scientifiques sont enthousiasmés par les perspectives d'avenir de leur nouvelle méthodologie. "Cette nouvelle classe d'hétérostructures pourrait être adoptée pour la fabrication de dispositifs de conversion et de stockage d'énergie non toxiques et à faible coût ainsi que pour le développement de dispositifs ultrafins, poids léger, et appareils montables sur la peau qui peuvent être intégrés à des systèmes de surveillance de la santé en temps réel, " commente le Pr Lee.

Les découvertes de l'équipe ouvrent la voie au développement de produits biocompatibles, durable, respectueux de la nature, et des matériaux ultralégers à base de graphène.