Le graphène est plus que jamais considéré comme un matériau « miracle », tant ses qualités sont nombreuses et prometteuses (extrême solidité, conducteur, léger, imperméabilité aux gaz...). À cette longue liste de propriétés, pourrait bien s'ajouter l'adhésivité.
Au centre de très nombreuses recherches et études scientifiques ces dernières années, le graphène est un cristal bidimensionnel de carbone, composé d’une simple couche sans défaut, et dont les atomes sont arrangés sous la forme d’un treillage hyper-régulier, de type rayons de nid d’abeille. L’empilement de ces couches constitue le graphite, existant dans la nature. Le graphène est l’un des matériaux les plus résistants testés jusqu’à maintenant, possédant de remarquables qualités de conductivité, d’imperméabilité à la plupart des gaz, rendant potentiellement son utilisation à l’échelle nano très intéressante. Toutefois, sa production reste encore très problématique et onéreuse.
Une équipe de chercheurs de l’université américaine de Boulder, dans le Colorado, a fait une découverte sur ce matériau toujours plus surprenant : le graphène aurait, selon eux, de remarquables et inattendues propriétés adhésives. La découverte de cette nouvelle qualité pourrait bien aider à une élaboration et à une fabrication plus rapide du graphène, ainsi qu’à la conception d’appareils et de systèmes tels que des résonateurs ou des membranes servant à la séparation des gaz. Les tests démontrent que l’extrême flexibilité du graphène lui permet même de s’adapter à la topographie du plus lisse des substrats.
« La vraie excitation pour un scientifique comme moi se trouve dans la possibilité de créer de nouvelles applications exploitant la remarquable flexibilité et les nouvelles propriétés adhésives du graphène, de concevoir de nouvelles expériences, uniques, pouvant nous en apprendre plus sur les caractéristiques à l’échelle nano de cet incroyable matériau », explique le professeur Scott Bunch, du département d’ingénierie mécanique de l’université Boulder, et principal auteur de l’article paru dans l’édition du mois d’août de Nature Nanotechnology.
L’équipe de l’université Boulder s’est évertuée à mesurer l’énergie d’adhésion d’une à cinq feuilles de graphène, c’est-à-dire l’énergie nécessaire pour réaliser la séparation, avec un substrat en verre. Les résultats des mesures, couplés à leurs recherches sur la structure du « matériau miracle », montrent que ce que l’on appelle les « forces Van der Waals » (la somme des forces attractives et répulsives entre les molécules, utilisées en physique quantique) cramponnent les échantillons de graphène au substrat, tout comme les feuilles de graphène entre elles se transforment en échantillons multi-couches.
Les énergies d’adhésion en jeu entre le graphène et le substrat de verre seraient même bien plus grandes que celles normalement observées dans les structures micromécaniques standard, les chercheurs ayant plutôt observé une « interaction plus commune aux liquides qu’aux solides entre eux », explique le professeur Bunch. Il y aurait donc un grand intérêt à exploiter les propriétés du graphène pour créer des membranes ultrafines servant à la séparation des gaz, ou à la purification de l’eau. Sa structure unique et ses propriétés pourraient même lui permettre un jour de remplacer la silice en tant que base des appareils électroniques et des circuits intégrés.
Par Rahman Moonzur
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