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Graphène plus gros et plus extensible
Des chercheurs coréens ont trouvé un moyen de fabriquer de grands films de graphène à la fois solides et extensibles et dotés des meilleures propriétés électriques à ce jour. Ces feuilles de carbone de l'épaisseur d'un atome sont un matériau prometteur pour la fabrication d'électrodes et de transistors flexibles et transparents pour les écrans plats. Le graphène pourrait également conduire à des écrans à diodes électroluminescentes organiques (OLED) pliables et à des cellules solaires organiques. Cependant, il n'a pas été facile de trouver un moyen de fabriquer de grandes feuilles de graphène de haute qualité.
Grand et courbé : un film de graphène transparent, de deux centimètres de chaque côté, s'étire et se plie lorsqu'il est transféré sur un tampon en caoutchouc. Le tampon peut être utilisé pour déposer le film sur n'importe quel substrat.
Des chercheurs de l'Université Sungkyunkwan et du Samsung Advanced Institute of Technology, à Suwon, en Corée, ont fabriqué des films de graphène de quelques centimètres de large qui sont transparents à 80 pour cent et peuvent être pliés et étirés sans casser ou perdre leurs propriétés électriques. D'autres ont réalisé de grands films de graphène en utilisant des techniques plus simples, mais les nouveaux films sont 30 fois plus conducteurs. De plus, il est facile de transférer les nouveaux films sur différents substrats. Nous avons démontré que le graphène est l'un des meilleurs matériaux pour l'électronique transparente extensible, dit Byung Hee Hong , qui a dirigé les travaux, qui sont publiés dans La nature .
Le graphène est un excellent conducteur et il transporte les électrons des dizaines de fois plus vite que le silicium. Il pourrait remplacer les électrodes fragiles en oxyde d'indium et d'étain (ITO) qui sont actuellement utilisées dans les écrans, les cellules solaires organiques et les écrans tactiles. Les transistors au graphène pourraient également remplacer les transistors à couche mince de silicium, qui ne sont pas transparents et sont difficiles à fabriquer sur du plastique.
Le moyen le plus simple de fabriquer de minuscules flocons de graphène de haute qualité consiste à décoller les couches de graphène du graphite (qui n'est essentiellement qu'une pile de feuilles de graphène). L'année dernière, un groupe dirigé par un professeur de science des matériaux et d'ingénierie de l'Université Rutgers Manish Chhowalla conçu une méthode pour fabriquer des pièces à l'échelle centimétrique pour des applications pratiques. Les chercheurs ont dissous de l'oxyde de graphite dans de l'eau, créant une suspension de feuilles d'oxyde de graphène individuelles, qu'ils ont déposées sur un substrat flexible.
Les chercheurs coréens utilisent une méthode appelée dépôt chimique en phase vapeur. Tout d'abord, ils déposent une couche de nickel de 300 nanomètres d'épaisseur sur un substrat de silicium. Ensuite, ils chauffent ce substrat à 1 000 Cº en présence de méthane, puis le refroidissent rapidement à température ambiante. Cela laisse des films de graphène contenant six à dix couches de graphène au-dessus du nickel. En modelant la couche de nickel, les chercheurs peuvent créer des films de graphène modelés.
D'autres, comme le professeur de génie électrique du MIT Jing-Kong , travaillent sur approches similaires à faire de gros morceaux de graphène. Mais les chercheurs coréens ont poussé le travail plus loin, en transférant les films sur des substrats flexibles tout en maintenant une haute qualité. Le transfert s'effectue de deux manières. L'une consiste à graver le nickel dans une solution afin que le film de graphène flotte à sa surface, prêt à être déposé sur n'importe quel substrat. Une astuce plus simple consiste à utiliser un tampon en caoutchouc pour transférer le film.
professeur de physique à l'université de Columbia Philippe Kim , qui est co-auteur du nouvel article, déclare que le dépôt chimique en phase vapeur est l'un des moyens les moins chers de fabriquer du graphène de qualité à grande échelle et devrait être compatible avec les technologies de fabrication de semi-conducteurs existantes. À l'heure actuelle, les chercheurs peuvent fabriquer des pièces de quatre pouces, mais Hong dit qu'ils pourraient facilement étendre le processus.
Les nouveaux films de graphène sont moins défectueux que ceux fabriqués dans le passé, explique Hong, c'est pourquoi ils sont environ 30 fois plus conducteurs et ont une mobilité environ 20 fois plus élevée que les feuilles de graphène précédentes. La conductivité est suffisante pour certaines applications d'entrée de gamme dans les petits écrans LCD et les écrans tactiles, dit Pour contacter Yang , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de Californie à Los Angeles. Cependant, ajoute-t-il, la conductivité devrait encore être 10 fois meilleure pour remplacer l'ITO dans les cellules solaires organiques et les OLED.
De nombreux autres matériaux sont envisagés pour l'électronique transparente et pliable. Les nanotubes de carbone pourraient être un concurrent sérieux. Par exemple, les chercheurs progressent dans la création de transistors à nanotubes flexibles et Unidym , basée à Menlo Park, en Californie, commencera bientôt à vendre des films plastiques revêtus de nanotubes, qui pourraient être utilisés à la place des revêtements ITO sur les écrans.
D'autres ont fabriqué des transistors transparents flexibles utilisant des revêtements d'oxyde d'indium ou des nanofils d'oxyde de zinc et d'oxyde d'indium. Pendant ce temps, des chercheurs de l'Université du Michigan ont fabriqué des électrodes transparentes à l'aide d'une grille de fils métalliques très minces.
L'avantage du graphène pourrait être sa résistance exceptionnelle et sa grande mobilité (qui devrait être le double de celle des nanotubes). Tao He, chercheur en graphène à l'Université Rice, déclare que les valeurs de conductivité et de mobilité des nouveaux films sont impressionnantes. Je n'ai vu aucun [autre travail] similaire ou comparable à celui-ci, dit-il, ajoutant que le nouveau travail pourrait rendre possible la fabrication à grande échelle et à faible coût d'électronique flexible en graphène.