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Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.
Le graphène est un cristal bidimensionnel (monoplan) carbone dont l'empilement constitue le graphite. Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique de l'université de Manchester. Il peut être produit de deux manières : par extraction mécanique du graphite (graphène exfolié) dont la technique a été mise au point en 2004, ou par chauffage d'un cristal de carbure de silicium, qui permet la libération des atomes de silicium (graphène epitaxié).
Histoire
Caractéristiques
Structure cristaline
C'est le seul exemple connu de ce qui corresponderait à un cristal dans un espace bidimensionnel, ce qui contredit en apparence le théorème de Mermin-Wagner stipulant l'impossibilité d'un tel cristal. En fait, la présence de déformations dans la troisième dimension (vagues d'un demi nanomètre de haut) permettant d'absorber l'énergie d'agitation thermique permettrait d'expliquer la stabilité du cristal.
Propriétés électroniques
Le fait d'être monoplan lui confère des propriétés électroniques et quantiques particulièrement intéressantes.
Production
Le graphène se trouve à l'état naturel dans les cristaux de graphite, où il se présente sous la forme d'un empilement de feuilles. Plusieurs techniques ayant pour but de le rendre exploitable ont vu le jour ces dernières années. A ce jour (janvier 2009), seulement deux sociétés en fabriquent, à savoir Grapene Industries et Graphene Works, mais de nouvelles entreprises devraient apparaître au cours de l'année.
Graphène exfolié
Le principe consiste à arracher une très fine couche de graphite du cristal à l'aide d'un ruban adhésif, puis de renouveler l'opération une dizaine de fois sur les échantillons ainsi produits afin que ces derniers soient les plus fins possibles. Ils sont ensuite déposés sur une plaque de dioxyde de silicium où une identification optique permettra de sélectionner les échantillons constitués d'une unique couche.
Graphène épitaxié
Il s'agit de produire du graphène à partir de carbure de silicium. Un échantillion de ce dernier est chauffé sous vide à 1300° afin que les atomes de silicium des couches externes s'en évaporent. Après un temps bien determiné, les atomes de carbone restants se réorganisent en fines couches de graphène.
Applications futures
Les récentes publications scientifiques sur ce matériau suggèrent de nombreuses applications possibles (bien au delà de la fabrication de mines de crayons...). Cependant, sa production reste encore problématique et très onéreuse: Un mètre carré reviendrait à 600 milliards d'euros! Une perspective d'avenir pour le graphène serait la fabrication d'une nouvelle génération de transistors ultrarapides larges de dimension nanometrique. De plus, il possède une excellente résistance mécanique de 42 newtons par mètre carré (200 fois plus que l'acier).
Electronique
Materiaux
Annexes
Notes et références
- Fuchs JN, Goerbig MO, Le graphène, premier cristal bidimensionnel, Pour la Science, mai 2008, p36-41
- Franck Daninos, "Le graphène, matériau de l'année", La Recherche, janvier 2009, p30-35
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