ConductivitéConductivité électrique, résistance mécanique, conductivité thermique, légèreté. Le graphènegraphène semble présenter toutes les qualités. Pourtant, la couche unique d'atomes de carbone qui constitue ce matériaumatériau reste encore difficile à isoler. Sa réalisation est difficile et trop coûteuse pour envisager de réelles applicationsapplications à l'échelle industrielle.

Pour contourner le problème, des chercheurs français du Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS, université de Bordeaux) et du laboratoire Charles CoulombCoulomb (CNRS, université de Montpellier) ont imaginé une stratégie de production par voie liquideliquide, à l'image de ce qui a pu être fait pour les nanotubes de carbone. « L'idée -- intercaler des ionsions potassiumpotassium entre les plans d'une structure de graphitegraphite pour, par action de l'entropieentropie, la dissoudre spontanément -- n'est pas nouvelle », précise Carlos Drummond, chercheur au Centre de recherche Paul Pascal. « D'autres l'ont exploité avant nous, mais sur la base de solvantssolvants le plus souvent loin d'être neutres. »

La méthode de fabrication imaginée par des chercheurs français permet d’obtenir des dispersions de graphène monocouche à des concentrations de 400 m² par litre. En rouge et blanc sur l'illustration, les ions OH^- et en mauve, les ions K⁺. © Alain Pénicaud, Centre de recherche Paul Pascal (CNRS — Université de Bordeaux)

De l'eau de graphène pour applications industrielles

Or, s'il est un solvant neutre, c'est bien l'eau qui a été employée par l'équipe française. De l'eau dégazée -- c'est-à-dire privée des gazgaz qui y sont naturellement dissous --, mais de l'eau tout de même. Dans cette eau de graphène donc, les ions OH^- se fixent à la surface du matériau et chargent ainsi électriquement ces feuillets. De quoi éviter qu'ils ne se réaggrègent en graphite.

L'eau de graphène est présentée comme la première formulation de graphène en couche unique, sous forme de dispersion aqueuse stable à l'airair et facilement manipulable. Le graphène ainsi obtenu devrait pouvoir être exploité de la même façon que du graphène classique . Avec l'avantage de taille d'être plus économique et plus simple à produire...

Samsung tient-elle son procédé de production à échelle industrielle ?

Article de Marc ZaffagniMarc Zaffagni paru le 08/04/2014

Des chercheurs de SamsungSamsung ont collaboré avec l'université sud-coréenne Sungkyunkwan (Séoul) pour mettre au point une méthode de fabrication du graphène en monocristal qui permet d'envisager la production de massemasse de grandes surfaces sans altérer les propriétés de ce matériau. Une avancée très importante qui ouvre la voie à l'usage du graphène pour fabriquer des écrans flexibles des objets connectés et, à terme, peut-être remplacer le siliciumsilicium.

Découvert il y a dix ans, le graphène est un matériau dont les qualités électriques et mécaniques en font le candidat idéal à une révolution de l'électronique. Parmi les avancées les plus récentes, citons les travaux du CNRS, de l'université de Lorraine et du synchrotron SoleilSoleil sur les nanorubans de graphène, ou ceux d'IBMIBM Research qui est parvenu à créer la première puce radio fonctionnelle avec des transistors en graphène. Ajoutons encore les tests menés au MIT pour dessaler l’eau de mer grâce à des membranes en graphène.

Reste que malgré ses qualités intrinsèques, le graphène est encore difficilement exploitable en raison des contraintes inhérentes à sa fabrication. L'un des défis majeurs est de trouver une méthode de production à grande échelle qui préserve ses propriétés. Justement, Samsung vient d'annoncer « la percée la plus importante dans l'histoire de la recherche sur le graphène ». Par l'intermédiaire de son Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), le géant coréen a collaboré avec l'université Sungkyunkwan de Séoul sur une méthode de production qui devrait accélérer la commercialisation du graphène. Samsung promet que cette avancée permettra d'employer le graphène pour la fabrication d'écrans flexibles ou encore de vêtements et objets connectés, voire de remplacer le silicium dans les semi-conducteurssemi-conducteurs.

Les qualités électroniques du graphène en font un candidat sérieux au remplacement du silicium. Récemment, IBM est parvenu à fabriquer une puce radio dont le transistor (à l’image) est fait de graphène. Les chercheurs d’IBM Research ont inversé le processus de fabrication du semi-conducteur en commençant par intégrer les composants métalliques comme le condensateur (capacitor) et l’inducteur (inductor) pour terminer par le transistor en graphène (GFET, graphene field-effect transistor), ce qui évite de l’endommager. © IBM Research

Monocristal de graphène à l’échelle d’un wafer

« Le graphène offre une mobilité des électronsélectrons 100 fois supérieure à celle du silicium, le matériau actuellement le plus utilisé dans les semi-conducteurs. Il est plus résistant que l'acieracier, possède une haute conductivité de la chaleurchaleur et une flexibilité, ce qui en fait le matériau parfait pour les écrans flexibles, les vêtements et objets connectés et de futurs générations d'appareils électroniques », écrit Samsung dans son billet de blog annonçant son innovation, qui porteporte sur le procédé de fabrication à grande échelle. Jusqu'à présent, la méthode de fabrication du graphène sur de grandes surfaces consistait à le synthétiser en structure multicristalline. Problème : cette technique détériore les propriétés électriques et mécaniques du graphène en raison des ruptures qu'elle provoque au niveau des points de jonction entre les cristaux.

Dans un article scientifique publié par la revue Science, les chercheurs décrivent leur technique pour fabriquer de grandes surfaces de graphène monocristallin à l'échelle d'une galette de silicium, ou wafer, sans altérer les qualités électriques et mécaniques. Les germesgermes de graphène sont déposés sur une couche de germaniumgermanium dont l'anisotropieanisotropie favorise un alignement unidirectionnel des germes. Ils fusionnent alors en monocristal.

L'autre avantage est la faible interaction entre le graphène et la couche de germanium, qui permet un transfert à sec et la réutilisation du substratsubstrat en germanium. « Nous pensons que cette découverte va accélérer la commercialisation du graphène, ce qui pourrait ouvrir une nouvelle ère de l'électronique grand public », estime Samsung. La firme coréenne pense même que sa découverte pourrait lever la dépendance de l'industrie des semi-conducteurs à l'égard du silicium. Pour autant, aucune feuille de route n'est communiquée pour la mise en œuvre de ce nouveau procédé.