Papier ultra-résistant de graphène

À l'aide de graphite, le matériau noir floconneux utilisé dans les crayons, des chercheurs de la Northwestern University ont créé un matériau semblable à du papier solide, flexible et léger. Il pourrait être utilisé comme électrolytes ou matériaux de stockage d'hydrogène dans les piles à combustible, électrodes dans les supercondensateurs et les batteries, et filtres chimiques ultrafins. Il pourrait également être mélangé avec des polymères ou des métaux pour fabriquer des matériaux destinés à être utilisés dans les fuselages d'avions, les voitures et les bâtiments.

Les bonnes choses : Des chercheurs de l'Université Northwestern ont réassemblé des feuilles de graphène d'une épaisseur d'un atome qui constituent des cristaux de graphite mous et floconneux afin de créer un matériau résistant, flexible et semblable à du papier.

Le nouveau matériau est composé de couches superposées de graphène, de feuilles d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome disposées en hexagones en nid d'abeille. En revanche, le graphite, qui devient poudreux sous pression, est constitué de feuilles de graphène empilées les unes sur les autres.

Rodney Ruoff , un professeur de nano-ingénierie du nord-ouest qui a dirigé les travaux, publiés dans La nature cette semaine, affirme que les méthodes de fabrication du nouveau papier au graphène pourraient conduire à des versions encore plus solides. À l'heure actuelle, les molécules d'eau maintiennent ensemble les flocons de graphène individuels de 10 nanomètres d'épaisseur pour créer le papier de graphène d'une épaisseur de quelques micromètres. En utilisant d'autres produits chimiques comme colles, les chercheurs ont pu fabriquer des matériaux ultrarésistants ressemblant à du papier avec diverses propriétés. L'avenir est particulièrement prometteur car le système est très flexible… La chimie est presque infinie, dit Ruoff.

Les feuilles individuelles de graphène n'existaient pas jusqu'à il y a trois ans, lorsque André Geim , professeur de physique à l'Université de Manchester, au Royaume-Uni, a utilisé du ruban adhésif pour obtenir quelques paillettes de graphène à partir d'un cristal de graphite. Les chercheurs ne comprennent toujours pas toutes les propriétés du graphène, mais ils savent qu'il peut extrêmement bien conduire les électrons et qu'il est connu pour être exceptionnellement fort. Le graphène est le matériau le plus résistant au monde, plus résistant que le diamant, dit Geim. Mais dans le graphite, les feuilles de graphène sont assemblées de telle manière qu'elles ne se lient pas fortement les unes aux autres. Donc, ils s'écaillent simplement sous la friction, créant les marques noires d'un crayon.

L'idée de Ruoff était de désassembler le graphite en couches individuelles et de les réassembler d'une manière différente de celle du graphite. L'objectif était de trouver un moyen de coller les plaquettes de graphène ensemble tout en les réassemblant, ce qui créerait un matériau résistant et flexible.

Comme il est difficile de séparer les feuilles de graphène dans le graphite, les chercheurs ont d'abord utilisé un acide pour oxyder le graphite et fabriquer de l'oxyde de graphite. Ensuite, ils ont mis l'oxyde de graphite dans l'eau. Feuilles individuelles d'oxyde de graphène facilement séparées dans l'eau.

Lorsque les chercheurs ont filtré la suspension, les flocons d'oxyde de graphène se sont déposés sur le filtre, se chevauchant de manière aléatoire. L'eau a collé les flocons ensemble; ses atomes d'hydrogène liés aux atomes de carbone dans les flocons adjacents. Le résultat était un papier brun foncé, mince et flexible à l'oxyde de graphène. En ajustant la concentration d'oxyde de graphite dans l'eau, les chercheurs ont modifié l'épaisseur du papier, allant de 1 à 100 micromètres.

Dans un effort pour développer des matériaux légers super résistants, d'autres ont utilisé des nanotubes de carbone. Et le nouveau papier à l'oxyde de graphène n'est pas aussi résistant que les films de nanotubes de carbone, dit Geim. L'avantage des matériaux fabriqués à partir de nanotubes de carbone est qu'ils sont beaucoup plus résistants, car ils s'emmêlent comme des spaghettis, dit-il. Lorsque vous avez affaire à des draps plats, ils s'emmêlent très peu et sont cassables.

Mais le papier à l'oxyde de graphène présente d'autres avantages clés. Le graphite est une matière première bon marché, et la méthode de filtration est simple et conduit à beaucoup de graphène. Plus important encore, les travaux des chercheurs de Northwestern ouvrent un moyen de manipuler des feuilles de graphène et de fabriquer des matériaux ressemblant à du papier avec différentes propriétés.

Lorsque Ruoff et ses collègues oxydent le graphène en oxyde de graphène, par exemple, le matériau à base de carbone passe de conducteur électrique à isolant. Ruoff dit qu'il peut modifier la chimie du graphène d'autres manières pour modifier ses propriétés électriques et en faire un isolant, un conducteur ou même un semi-conducteur.

Cette polyvalence électrique combinée à un matériau ultrarésistant a enthousiasmé certains observateurs. Ils n'ont utilisé aucune colle dure entre les [plaquettes de graphène], dit Geim. Je m'attends à des matériaux très, très résistants si une colle appropriée entre le graphène est utilisée.

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