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En anglais
RÉSUMÉ
Le graphène, isolé en 2004, continue d’attirer une attention soutenue de la part de la communauté scientifique et des industriels. Néanmoins, derrière ce nom se cache une véritable famille de matériaux, dont les membres sont identifiables au travers de mesures spécifiques.
Cet article présente ces différents types de graphène, leurs propriétés et applications, ainsi que les dernières avancées dans leur mode de production et, notamment, l’exfoliation chimique qui permet de lever un certain nombre d’obstacles à son industrialisation, principal enjeu de l’utilisation à grande échelle du graphène.
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Graphene, isolated in 2004, still attracts a strong attention from the scientific community as well as from industrials. However, beside this name hides a complete family from which the members can be identified through specific measurements.
This article presents the different types of graphene, their properties and applications as well as the latest progresses in their production process and, in particular, chemical exfoliation which allows to break down the industrialization barrier, which is the main challenge for a large scale market access.
Auteur(s)
-
Alban CHESNEAU : Président - Carbon Waters, Pessac (France)
INTRODUCTION
Le graphène, nanomatériau isolé initialement en 2004, fait l’objet d’une intense activité en recherche et développement depuis lors. Ce matériau présente des propriétés particulièrement intéressantes ayant des impacts potentiels sur l’ensemble des secteurs industriels, de l’électronique au milieu médical. Néanmoins, son industrialisation est actuellement largement limitée et ne concerne à l’heure actuelle que quelques produits, loin de l’impact qui est attendu.
Comme de nombreux matériaux tels que le silicium, sa capacité à être utilisé dans de multiples cas d’application est directement liée à la mise en place d’un procédé de production adéquat d’une forme de graphène directement utilisable par les industriels. De plus, il est désormais clair qu’il n’existe pas une forme universelle de graphène qui sera une référence pour l’ensemble des secteurs industriels. Une course s’est ainsi engagée, que cela soit au niveau académique, au sein des jeunes entreprises créées ces dernières années ou de grands groupes de Chimie, concernant le développement et l’optimisation de procédés de production.
Étant donné qu’il existe de multiples formes de graphène, chacune ayant ses propres propriétés physicochimiques et domaine d’applications, il est important d’identifier, selon les applications, la forme qui sera à même de répondre aux attentes des acteurs d’un secteur particulier.
Cet article se propose d’établir un lien direct entre les procédés de production et ces différentes formes de graphène. De plus, il présentera le lien entre l’évaluation de la qualité du graphène et plusieurs techniques d’analyses précises possibles, ainsi que les progrès de celles-ci. Enfin, dans un contexte où les nanomatériaux sont considérés avec une certaine méfiance, étant donné que de nombreuses questions subsistent sur leur devenir dans la nature et le corps humain, cet article appréciera les procédés de production du graphène au regard des risques encourus par les opérateurs et utilisateurs, mais en prenant en compte les impacts énergétiques et environnementaux. À ce titre, un procédé novateur, l’exfoliation chimique du graphite, permet d’envisager une réponse globale aux enjeux et limites de la production de graphène.
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KEYWORDS
industrialization | manufacturing process | graphene | chemical exfoliation
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Conclusion
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5. Le graphène, une nouvelle alternative à la transition environnementale
L’industrie moderne fait face à des enjeux croissants en termes de quantité et de disponibilité de ressources naturelles, et en particulier de matières premières. Au-delà des solutions de recyclabilité qui apportent une première réponse, il est indispensable d’augmenter la durée de vie et la performance des produits via une nouvelle génération de matériaux.
Bien qu’actuellement sous surveillance étant donné les limites de nos connaissances technologiques et industrielles, les nanomatériaux permettent l’élaboration de nouveaux produits, procédés et applications pouvant avoir un impact substantiel dans la protection de l’environnement et du climat. En effet, les nanomatériaux permettent des économies de matières premières, d’énergie ou d’eau, ainsi qu’une réduction des émissions de gaz à effet de serre ou de déchets toxiques par rapport à des matériaux plus classiques.
Leur pénétration dans l’industrie est encore récente et fait face à plusieurs limitations. Une des principales, souvent citées en Europe mais moins outre Atlantique, est liée aux aspects environnementaux et sanitaires. Étant par définition de taille très réduite, les nanomatériaux présentent des difficultés évidentes de traçabilité. Bien que les méthodes physicochimiques d’identification et d’analyse évoluent très rapidement, elles sont pour le moment insuffisantes pour répondre totalement aux « inquiétudes » que soulève l'utilisation des nanomatériaux.
Les récents développements réalisés dans les modes de production du graphène laissent cependant entrevoir une place pour le graphène comme solution aux problématiques environnementales. Ce nanomatériau totalement constitué de carbone présente une bonne inertie chimique. Ainsi, son obtention dans des dispersions aqueuses, sans solvant organique, par des procédés récents d’exfoliation chimique , limite grandement...
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Le graphène, une nouvelle alternative à la transition environnementale
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WALLACE (P.R.) - * - . – Phys. Rev. 71, 622.2. Eizenberg, M. & Blakely, J. M. Surf. Sci. 82, p. 228-236 (1947) (1979).
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(2) - NOVOSELOV (K.S.) et al - * - . – Science 306, p. 666-669 (2004).
-
(3) - MAINE (E.), SEEGOPAUL (P.) - * - . – Nat. Mater. 15, p. 487-491 (2016).
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(4) - FITZER (E.), KOCHLING (K.-H.), BOEHM (H.P.) et al - Recommended terminology for the description of carbon as a solid. - Pure Appl Chem, 67 : p. 473-506 (1995).
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(5) - HAUGAN (T.), BARNES (P.N.), WHEELER (R.) et al - Addition of nanoparticle dispersions to enhance flux pinning of the YBa2Cu3O7-x superconductor. - Nature, 430 : p. 867-70 (2004).
-
(6) - NAIR (R.R.), BLAKE (P.), GRIGORENKO (A.N.) et al - Fine structure constant defines visual transparency...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Nanotechnologies et emballage alimentaire – Panorama des utilisations et risques associés.
-
Toxicité des nanotubes de carbone envers l'homme et l'environnement.
-
Réflexions juridiques sur l'analyse du cycle de vie des nanomatériaux.
-
Imagerie Raman de matériaux et dispositifs nano/microhétérogènes.
-
...
NORMES
-
Nanotechnologies – Vocabulary – Part 13 : Graphene and related two-dimensional (2D) materials. - ISO/TS 80004-13 - 2017
-
Nanotechnologies – Matrix of properties and measurement techniques for graphene and related two-dimensional (2D) materials. - ISO/TR 19733 - 2019
ANNEXES
WO2005073127 : « Method for dissolving carbon nanotubes and the use thereof ».
WO2009056696 : « Graphene solutions ».
WO2015189335 : « Aqueous and organic suspensions of exfoliated nanocarbon materials, method for making same and uses thereof ».
HAUT DE PAGE2.1 Producteurs de graphène (liste non exhaustive)
Graphenea – producteur de graphène par CVD
Abalonyx – Producteur de RGO
Applied Graphene Materials – Producteur de graphène à partir d’exfoliation mécanique
https://www.appliedgraphenematerials.com
HAUT DE PAGE
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