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Deux images d'une plaque de graphène obtenue à l'hydrazine à l'Ucla, en novembre 2008. Celle du haut a été réalisée à l'aide d'un microscope à force atomique et celle du bas avec un microscope électronique à balayage. © Vincent Tung, Matthew Allen, Adam Stieg
Les recherches vont bon train pour résoudre la crise de l'indium. Pour ce métal très rare, bon conducteur d'électricité et transparenttransparent en couches minces, l'industrie a trouvé plusieurs applications, en particulier les cellules photovoltaïquescellules photovoltaïques et, surtout, les écrans plats. Les électrodes transparentes qui alimentent les éléments d'affichage sont faits d'oxyde d'indium dopé à l'étain (ou ITO, indium-tin oxyde). Des téléviseurs aux appareils photo sans oublier les téléphones et les GPSGPS, la demande en indium a explosé et les gisementsgisements de ce métal découvert il y a à peine plus d'un siècle sont au bord de l'épuisement.
Deux solutions s'offrent à l'électronique mondiale : la récupération de ce métal dans les écrans usagés et son remplacement par un matériaumatériau nouveau. Les deux voies sont aujourd'hui explorées et des points sont marqués des deux côtés. Les nanotubes de carbonenanotubes de carbone, dont les applications n'en finissent pas de se multiplier, figurent au rang de bons candidats. Conduisant bien l'électricité et s'utilisant en quantités extrêmement faibles, ils peuvent faire de bonnes électrodes transparentes.
Le graphènegraphène, lui aussi, est à considérer car ce feuillet monoatomique de carbone est un excellent conducteur électrique. Son principal défaut est une complexité de fabrication qui en fait aujourd'hui une curiosité de laboratoire plutôt qu'une potentialité industrielle, alors que les nanotubes, eux, se laissent plus facilement apprivoiser.
Le G-CNT est composé de nanotubes de carbone (CNTs) reliant entre elles des plaques de graphène. © Yang Yang et al.
Un hybride prometteur
En novembre 2008, une équipe de l'Ucla (Université californienne de San Diego), menée par Yang Yang avait changé la donne en mettant au point un procédé simple pour fabriquer du graphène, différant radicalement des deux méthodes connues jusque-là. Il consiste à partir d'oxyde de graphitegraphite (le graphite est constitué de feuilles de graphène) que l'on traite à l'hydrazinehydrazine, un composé azoté (NH2-NH2). La réaction est une réduction, au sens chimique du terme. L'oxygèneoxygène s'en va, il reste du graphène.
La méthode produit des feuillets de graphène de 20 par 40 micronsmicrons, c'est-à-dire bien plus grands que par les autres procédés. De plus, ces feuillets montrent une grande conductivitéconductivité électrique.
La même équipe annonce aujourd'hui de nouveaux résultats. Les chercheurs ont eu l'idée d'associer ce graphène aux nanotubes de carbone pour combiner leurs avantages et obtenir un matériau qui est à la fois très transparent et excellent conducteur. Les deux matièresmatières premières sont toutes deux mises en solution dans l'hydrazine et le résultat est un matériau hybridehybride, composé de nanotubes plaqués sur les surfaces de graphène.
Avec ce composé, baptisé G-CNTCNT (pour graphene - carbon nanotube), l'équipe, qui décrit son travail dans Nanoletters, a réalisé en guise de démonstration une cellule photovoltaïque réalisée en polymèrespolymères, où ce nouveau matériau sert d'électrodes. Ce genre de cellules solaires, qui offre l'avantage de la souplesse, est un autre thème de recherche du laboratoire de Yang Yang.
Son rendement est très faible mais l'important était de montrer l'intérêt du G-CNT pour ce genre de réalisation. La démonstration vaut aussi pour les écrans plats, faisant de ce matériau nouveau et industrialisable un excellent candidat au remplacement de l'ITO...
