Du graphène comme s'il en neigeait | Techniques de l'Ingénieur

Du graphène comme s’il en neigeait

Des chercheurs chinois des universités Péking et Tsinghua de Pékin ont réussi à synthétiser des flocons de graphène dans un simple four à micro-ondes, via un procédé simple, peu coûteux et potentiellement transférable à une échelle industrielle.

Maintenant que les propriétés du graphène et des matériaux 2D ont été dévoilées, les applications industrielles et la massification de sa production font l’objet de nombreuses recherches. En effet, le produire en grande quantité, rapidement et avec un bon niveau de qualité et de pureté n’est pas encore si facile. Les deux méthodes couramment utilisées aujourd’hui – le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou l’exfoliation en phase liquide – requièrent soit des substrats coûteux qui limitent la productivité, soit des post-traitement complexes qui limitent la qualité. D’où, tout l’intérêt des travaux chinois relatés dans Advanced Materials, qui présentent une méthode pour du graphène de haute qualité à bas coût dans une phase gazeuse, sans catalyseur, sans substrat et transférable à l’échelle industrielle.

Du graphène en flocons

S’inspirant de la manière dont se forme les flocons de neige, l’équipe de Jin Zhang (Université de Peking) et Yingying Zhang (Université de Tsinghua et institut de recherche du graphène) à Pékin, a mis au point un process qui se tient dans un four à micro-ondes ordinaire…

Un tube de quartz contenant des pièces de silicium (Si/Si02 en surface) est placé à pression ambiante dans un four à micro-ondes. L’air du tube est chassé par un flux d’argon, le micro-ondes est allumé et du méthane est injecté comme source de carbone. Les radiations du micro-ondes génèrent un plasma à plus de 700°C avec un effet de couronne – décharge électrique autour du matériau, causée par l’ionisation de l’air qui l’entoure. Cette décharge électrique dissocie les molécules de méthane en graphène d’un côté et hydrogène de l’autre. Le processus fournit des flocons de graphène qui retombent comme de la neige sur le substrat placé en dessous.

A l’instar des flocons de neige, les flocons de graphène qui s’accumulent forment des macrostructures tridimensionnelles de type mousse. Dans leurs expériences, les chercheurs chinois ont accumulé cette « neige » sur une surface flexible qu’ils ont transformé en capteur de forces.

Le rendement est élevé (autour de 6,28%) et le taux de formation des flocons rapide (autour de 0,11g/h). En outre, concluent les chercheurs, ce procédé, simple et peu coûteux peut être envisagé pour fabriquer d’autre matériaux 2D.

Sophie Hoguin

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