À l’ère de l’information, les capteurs capables de transmettre et de détecter des données sont devenus le principal moyen d’obtenir des informations. Ainsi, la construction d’un système de capteurs avec une large gamme de détection, une haute sensibilité et une réponse rapide est essentielle.
Ces derniers temps, les matériaux à base de graphène suscitent un intérêt croissant pour les applications de capteurs, grâce à leurs excellentes propriétés électriques, physiques, optiques, thermiques et structurales.
Propriétés et applications du graphène
Le graphène est une substance qui a été préparée avec diverses méthodes, comme l’exfoliation mécanique, la déposition chimique en phase vapeur (CVD), la croissance épitaxiale et la réduction chimique de l’oxyde de graphène. Le graphène de haute qualité peut être obtenu par exfoliation mécanique, mais le faible rendement empêche la production de graphène à grande échelle.
La méthode CVD est considérée comme la plus prometteuse pour préparer de grandes zones de graphène de haute qualité, mais elle est limitée par une consommation d’énergie élevée et un coût élevé.
Les films de graphène préparés par la méthode de croissance épitaxiale ont une bonne conductivité électrique et une haute transmittance optique. Cependant, ils nécessitent un traitement à haute température, une consommation d’énergie et un coût de transfert élevé.
La réduction chimique de l’oxyde de graphène est peu coûteuse et efficace, mais elle crée des problèmes de pollution environnementale pendant le processus de préparation. Par conséquent, les méthodes de préparation du graphène à faible coût, à haute efficacité et sans pollution restent très intéressantes.
Une nouvelle méthode : l’écriture directe par laser
Récemment, la technique d’écriture directe par laser a attiré les applications de recherche dans divers domaines en raison de ses avantages uniques de réduction sélective et localisée, de modélisation précise et rapide, et de l’absence de masques et de produits chimiques supplémentaires.
Avec cette technique, un laser est utilisé pour irradier les précurseurs de carbone et générer du graphène par grattage in situ. L’ensemble du processus de grattage au laser ne prend que quelques minutes, ce qui améliore considérablement l’efficacité de la préparation du graphène. C’est ce qu’on appelle le Graphène Gravé par Laser (LSG), par un patternage in situ, hautement efficace et flexible.
Les excellentes propriétés de haute surface, de haute stabilité thermique et de haute conductivité électrique présentées par les films de LSG ont conduit à son utilisation dans une grande variété d’applications.
Ces applications incluent le photodétecteur, la détection, le stockage d’énergie, les memristors, l’holographie, les applications antibactériennes et les antennes.
Préparation et modification du LSG
L’équipe de recherche a discuté de la préparation et de la modification du LSG, qui peut être préparé par différentes sources de lumière laser et précurseurs, y compris des précurseurs de carbone tels que GO et PI. Les méthodes conventionnelles de préparation du graphène sont énergivores, coûteuses ou nuisibles à l’environnement, mais cette méthode de grattage au laser pour la préparation du graphène surmonte ces inconvénients.
Le LSG peut être modifié en une seule étape en ajustant les paramètres du laser, l’atmosphère et le dopage. La grande surface, la bonne conductivité électrique et le processus de fabrication simple et efficace du LSG en font un excellent potentiel pour les applications de capteurs.
Applications du LSG dans la fabrication des capteurs
L’équipe de recherche a résumé les applications du LSG dans les capteurs de stress, les biosenseurs, les capteurs de gaz, les capteurs de température et les capteurs d’humidité.
La performance des capteurs peut être optimisée en utilisant la puissance laser appropriée, la vitesse de balayage, l’espacement de balayage, et le dopage approprié du LSG dans la préparation du LSG. Les capteurs LSG avec des fonctions de détection intégrées multiples sont également introduits.
Pour les capteurs multifonctionnels, la diaphonie entre différents signaux peut être réduite par des conceptions structurales et du patterning. En particulier, la préparation flexible de patterns et divers substrats flexibles font du LSG une promesse pour les applications de capteurs portables.
En synthèse
En somme, le graphène, grâce à sa préparation simplifiée via l’écriture directe par laser, se pose comme un candidat de choix dans la fabrication des capteurs de nouvelle génération. Sa flexibilité, sa conductivité électrique élevée et sa facilité de modification en font un matériau très intéressant pour une multitude d’applications. En contrepartie, des efforts doivent être déployés pour parvenir à une production de grande échelle à faible coût, tout en évitant de créer des problèmes de pollution environnementale.
