Graphène – une révolution technologique. Composition de graphène

O graphène est un cristal bidimensionnel formé par des liaisons entre des atomes de carbone, avec des hexagones qui forment quelque chose comme un treillis métallique ou un maillage de but. Il s'agit donc d'un autre allotrope synthétique du carbone, issu d'un de ses allotropes naturels, le graphite, le même utilisé dans les crayons d'écriture. Ce matériau a propriétés extraordinaires, tels que ceux indiqués ci-dessous :

• é très bien - c'est un atome d'épaisseur ;

• é très résistant - il est environ 200 fois plus résistant que l'acier et plus résistant que le diamant, dans ses proportions ;

• é souple;

Le graphène est un matériau léger, souple, très résistant et transparent

• a une conductivité thermique et électrique élevée - sa conductivité électrique est 100 fois plus rapide que le cuivre, qui est le conducteur le plus utilisé au monde. Les premières études ont montré que la vitesse des électrons dans le graphène est de 1000 km/s (60 fois plus rapide que le silicium, qui est l'élément actuellement utilisé dans les semi-conducteurs, les transistors pour

  frites, cellules solaires et une multitude de circuits électroniques) et peut atteindre une vitesse de 3000 km/s avec une très bonne qualité de ce cristal ;

• é étanche - pouvoir bloquer même l'hélium, un gaz extrêmement léger ;

• a une dureté élevée;

• é très léger et fin, comme la fibre de carbone, mais plus flexible. Avec 1,0 gramme de graphène, il est possible de couvrir une surface de 2700 m²;

• a moins d'effet Joule - perd moins d'énergie sous forme de chaleur en conduisant des électrons;

• é transparent - transmet 97,5% de la lumière;

• é peu coûteux - sa matière première est abondante (le graphène peut provenir de n'importe quel matériau carboné) ;

• peut s'auto-réparer-si.

Les propriétés de ce matériau ont commencé à être étudiées plus avant et divulguées en 2004 par les scientifiques Andre Geim et Konstantin Novoselov, de Université de Manchester, qui a donc reçu le prix Nobel de physique 2010. Ils obtenu du graphène lors du nettoyage de la surface d'une planche de graphite, en l'usant progressivement avec du ruban adhésif.. Lorsqu'ils ont analysé les résidus de graphite qui restaient sur la bande au microscope atomique, ils ont constaté que ces résidus maintenaient la structure cristalline hexagonale du graphite et qui avait également un arrangement symétrique particulier d'électrons qui augmentait leur conductivité. Dans le graphène, les électrons se comportent comme s'ils n'avaient pas de masse. Les tests ont montré qu'il fonctionnait très bien en tant que transistor.

Andre Geim et Konstantin Novoselov ont remporté le prix Nobel de physique 2010 pour les découvertes liées au graphène *

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Comme indiqué dans le texte allotropie du carbone, le graphite est formé de plaques ou de couches d'hexagones qui s'attirent dans l'espace. Le graphène est formé par une seule de ces plaques, ayant des proportions nanométriques (1 nanomètre est égal à un milliardième partie de mètre (10^-9 m)). Toi nanotubes de carbone ce sont des graphènes enveloppés. L'autre forme allotropique synthétique du carbone, le C₆₀ (buckminterfullerène), est comme du graphène plié en forme de ballon de football.

Structures allotropes du carbone - graphène, graphite, C-60 et nanotube de carbone

Ainsi, puisque toutes les qualités mentionnées ont été retrouvées dans un seul matériau, la recherche sur les possibilités d'utilisation du graphène, promettant d'être une révolution technologique.

Parmi les possibles applications de graphène qui pourraient changer le monde que nous connaissons sont :

• Il aaffiche souple qui peut être plié. Un exemple sont les écrans de tablettele sable smartphones qui, en tombant, se brisent. Le graphène serait utilisé pour produire un écran tactile (écran tactile), souple, transparent et incassable. Il remplacerait l'ITO (oxyde d'étain dopé à l'indium) actuellement utilisé dans les écrans sensibles ;

• accélérer Internet. Il a été démontré que le graphène est capable de convertir les informations optiques en informations électriques à une vitesse environ 100 fois plus rapide que les convertisseurs électriques ;

• peut être utilisé en électronique pour dissiper la chaleur;

• Dans la production de capteurs, car le graphène est entièrement formé par la surface;

• Dans les appareils photoniques;

• Àindustrie aérospatiale, navale, automobile et civile;

• Dans la fabrication de matériaux composites;

• Àzone biomédicale, par exemple, pour réaliser des prothèses souples et légères ainsi que des implants ;

• en télécommunications;

• Dans la production d'électricité, comme dans les panneaux solaires, les piles à hydrogène et les batteries longue durée ;

• Sur les appareils photo plus sensibles;

• Sur les câbles à grande vitesse;

• Dans les peintures qui absorbent l'énergie.

La Communauté européenne a lancé un programme qui allouera un milliard de dollars à la recherche sur le graphène dans plusieurs pays. Les recherches sur ce matériau au Brésil sont menées principalement à l'Universidade Presbiteriana Mackenzie, qui a investi 30 millions de reais pour créer le Mack Grafe, un centre de recherche sur le graphène.

Reste à savoir quelles applications du graphène deviendront réellement une réalité dans notre société.

* Image protégée par le droit d'auteur: tour76/Shutterstock.com

Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie

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FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. « Le graphène – une révolution technologique »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm. Consulté le 28 juin 2021.