Présentation de la technologie

exfoliation du graphite

Goutte d’eau sur un graphène super-hydrophobe.

Le graphène est un cristal bidimensionnel (monoplan) de carbone dont l’empilement constitue le graphite. Souvent qualifié de matériau semi-conducteur de gap nul de par sa structure de bande électronique, ce cristal permet aux électrons de se déplacer à une vitesse 150 fois plus rapide que dans le silicium, et possède une capacité d’auto-refroidissement très rapide. Ces propriétés font de lui un matériau essentiel pour l’électronique future.

De plus, avec une résistance à la rupture 200 fois supérieure à l’acier et étant 6 fois plus léger que ce dernier, son utilisation dans l’élaboration de nouveaux matériaux et aussi très attendue.

Malheureusement à ce jour, le développement industriel du graphène est très limité, principalement en raison des difficultés de fabrication et de la mise en œuvre du matériau.

Jusqu’à présent, cette action nécessite beaucoup d’énergie pour contrebalancer les forces d’adhésion qui lient les feuillets entre eux.

 

Notre invention propose un nouveau procédé chimique pour l’exfoliation du graphène. Ce procédé met en œuvre une cycloaddition de Diels-Alder conduisant à l’exfoliation dans des conditions douces. Le graphène exfolié obtenu est en suspension dans divers solvants. Selon les applications, les solvants apolaires ou polaires, ainsi que les mélanges hydroalcooliques, sont accessibles..

 

Applications

En électronique :

      • nouvelle génération de transistors ultra rapides, de dimension nanométrique.
      • des applications dans la fabrication d’électrodes conductrices transparentes pour la fabrication d’écrans plats,
      • de dispositifs électroluminescents OLED,
      • de cellules photovoltaïques organiques ou hybrides.
      • Substrats conducteurs transparents et flexibles

En matériaux / chimie :

      • lubrification,
      • polymères composites,
      • films barrière protection oxygène résultantes des propriétés mécaniques du graphène sont également possibles.
      • Catalyse homogène supportée, électrocatalyse métallique et enzymatique
      • Senseurs et électrocapteurs

 

Avantages

Le graphène possède d’excellentes propriétés électroniques et est potentiellement disponible en grande quantité par exfoliation du graphite. Cependant, les procédés d’exfoliation courante nécessitent l’utilisation de solvants lourds (N-methylpyrrolidine, point d’ébullition 202°C) fortement halogénés (1,2-dichlorobenzène), ou peu compatibles avec des applications en industrie électronique (liquides ioniques). Par ailleurs, les doses d’ultrasons élevées ou les procédés chimiques d’oxydation conduisent à un fort taux de dégradation qui est nuisible à son utilisation.

Notre procédé d’exfoliation se fait dans des conditions douces ce qui permet d’obtenir des feuillets de graphène :

      • de grande qualité avec peu de défauts, via l’utilisation d’une méthode chimique simple
      • dans des solvants peu couteux et aisés à manipuler, réputés jusqu’ici peu propices à la solubilisation du graphène (toluène, tetrahydrofuran, acetonitrile, alcools, mélanges hydroalcooliques) et ouvrant de nombreuses perspectives, notamment pour la fabrication de substrats conducteurs transparents pouvant remplacer les électrodes transparentes à base d’oxydes semi-conducteurs dans les dispositifs électroluminescents et photovoltaïques,
      • de moduler la tension de surface du graphène, le rendant plus hydrophobe ou hydrophile donc compatible avec une plus grande variété de surfaces
      • de fonctionnaliser ultérieurement le graphène à travers des réaction de couplage avec les fonctionnalités chimiques introduites par la réaction de Diels-Alder.
      • d’introduire des sites catalytiques à base de métaux de transition utiles en chimie organique et en électrocatalyse

 

État de développement

      Nous avons démontré  la reproductibilité de l’obtention de feuillets de graphène par l’exfoliation de graphite directement dans divers solvants allant du polaire (mélange eau – isopropanol 1:1) aux solvants apolaires (toluène).

        • La mise en œuvre nécessite une période de sonication courte (2 heures) et de faible puissance.
        • Les concentrations obtenues varient de 20 à 120 mg/L.
        • Des études spectroscopiques et microscopiques ont permis de caractériser le matériau obtenu en tant que graphène allant du mono à peu de feuillets.
      D’autres approches pour assister l’exfoliation sont envisageables (microondes, cisaillement).  En fonction des applications recherchées, il est possible de varier la composition chimique du réactif de Diels-Alder, ainsi que de l’éliminer après mise en forme par une étape de recuit à env. 120°C.  En raison de l’absence de réactions de réarrangement chimiques typiquement observées lors de l’oxydation du graphène, il est possible de retrouver un graphène présentant très peu de défauts.

 

Laboratoire

logo_ismTutelles : Université Bordeaux 1, Institut Polytechnique de Bordeaux, Centre National de la Recherche Scientifique.

Lien vers le site de l’ISM

 

Licence

    • Notre technologie fait l’objet d’une protection par voie de brevet.
    • Licence disponible

Contact

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Nom : 

By | 2017-03-13T16:37:35+00:00 septembre 21st, 2015|