Des liens carbone-carbone solides :Le graphène est constitué d'une seule couche d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal. Les liaisons carbone-carbone du graphène sont covalentes, ce qui signifie qu'elles impliquent le partage d'électrons entre les atomes de carbone. Cette liaison covalente confère au graphène sa résistance et sa rigidité remarquables. La longueur de la liaison carbone-carbone dans le graphène est d'environ 0,142 nanomètres, ce qui est plus court que la longueur typique de la liaison carbone-carbone de 0,154 nanomètres. Cette longueur de liaison plus courte se traduit par des liaisons plus fortes entre les atomes de carbone et une résistance globale accrue.
Structure bidimensionnelle :La nature bidimensionnelle du graphène contribue à sa résistance. Contrairement aux matériaux tridimensionnels, où les forces peuvent être réparties dans plusieurs directions, les forces du graphène sont concentrées dans son plan bidimensionnel. Cette structure planaire permet au graphène de résister à des contraintes mécaniques importantes sans se casser.
Module élastique élevé :Le module élastique d'un matériau représente sa résistance à la déformation sous contrainte appliquée. Le graphène possède l’un des modules d’élasticité les plus élevés parmi tous les matériaux connus. Sa valeur mesurée est d'environ 1 térapascal (TPa), ce qui signifie qu'il peut résister à une force de 1 000 milliards de pascals sans subir de déformation permanente. Cette rigidité exceptionnelle rend le graphène très résistant à l’étirement et à la flexion.
Absence de défauts :Les défauts, tels que les lacunes, les impuretés et les joints de grains, peuvent affaiblir les matériaux en perturbant leur structure atomique régulière. Cependant, le graphène peut être produit avec une densité de défauts remarquablement faible. L’absence de défauts permet au graphène de conserver sa résistance intrinsèque et empêche la propagation des fissures, améliorant encore sa robustesse mécanique.
En résumé, la force du graphène provient de ses fortes liaisons covalentes carbone-carbone, de sa structure bidimensionnelle, de son module d'élasticité élevé et de sa faible densité de défauts. Ces facteurs se combinent pour faire du graphène l’un des matériaux les plus résistants connus, avec des applications potentielles dans divers domaines, notamment l’électronique, les composites, la nanotechnologie et l’ingénierie aérospatiale.
