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Posté par Isabelle le Mardi 10/02/2015 à 00:00
Des plastiques qui pourraient remplacer le graphène ?
Depuis la découverte du graphène, les chercheurs n’ont pas cessé de lui trouver de nouvelles propriétés qui pourraient lui valoir de nombreuses applications en nanoélectronique. Cependant, ses propriétés électroniques ne sont pas encore totalement optimisées pour ces applications. Une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des matériaux Jean Rouxel (CNRS / Université de Nantes) vient de découvrir une nouvelle famille de matériaux stratifiés constitués de « polymères conjugués » qui se comportent comme un feuillet de graphène. Mais contrairement au graphène, les propriétés de ces nouveaux matériaux peuvent être très simplement modulées en changeant la composition chimique des chaînes de polymères. Ces travaux font l’objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) d’une publication dans Nature Communications.

Le graphène sera-t-il l'enfant prodige du 21e siècle ? Depuis que cette couche unique d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) a été isolée en 2004, la communauté des physiciens et des chimistes n’a pas cessé de lui découvrir de nouvelles propriétés qui pourraient lui valoir d’apparaître prochainement dans des applications aussi variées que les écrans tactiles souples ou dans les préservatifs comme barrière virale. Cependant, pour de nombreuses applications en nanoélectronique, les propriétés du graphène ne sont pas totalement optimisées et les chercheurs tentent donc de trouver des alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.).


Figure 1: polymère conjugué-2D («2D-polythiophène ») présentant une structure en nid d'abeilles qui se comporte comme le graphène [carbone (noir), hydrogène (blanc), soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) (jaune)].
© CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public...) / Institute of Materials Jean Rouxel

Une équipe de l'Institut des Matériaux Jean Rouxel vient de découvrir une nouvelle famille de matériaux stratifiés, comme le graphène, mais constitués de «polymères conjugués » (plastiques conductrices). Contrairement aux plastiques standards qui sont isolants, ces polymères conduisent l'électricité le long des « spaghettis » emmêlés qui composent leur structure. Grâce à des simulations numériques, le groupe de Nantes a montré que lorsque ces chaînes de carbones ont reliées entre elles par des connecteurs chimiques conducteurs, les atomes forment une structure plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de deux poignées, à chaque...) dite « nid d'abeilles » (Figure 1) qui se comporte comme un feuillet de graphène. Mais contrairement au graphène, les propriétés de ces nouveaux matériaux peuvent être très simplement modulées en changeant la composition chimique des chaînes de polymères (Figure 2).


Figure 2: structure électronique des nouveaux polymères conjugués 2D très similaire à celle du graphène, mais pouvant être modulée en changeant les liaisons chimiques dans le réseau.
© CNRS / Institute of Materials Jean Rouxel

Une vaste gamme de polymères est ainsi accessible. Il est possible d’envisager pour eux de nouvelles propriétés en les rendant par exemple sensibles à la lumière, plus acides, ou même en accélérant ou ralentissant le courant électrique qu’ils conduisent. Ces plans en « nid d’abeille » devront aussi garder leurs propriétés lorsqu'ils sont empilés les uns sur les autres, ce qui n’est pas le cas actuellement pour le graphène.

Même si, pour le moment, ces prévisions ne sont encore que le résultat des simulations, les chercheurs collaborent activement avec des équipes de chimistes allemands pour la synthèse de cette nouvelle famille de matériaux uniques, plastiques bidimensionnels conducteurs qui pourraient remplacer le graphène.

Référence:
Jean-Joseph Adjizian, Patrick Briddon, Bernard Humbert, Jean-Luc Duvail, Philipp Wagner, Coline Adda & Christopher Ewels
Dirac Cones in two-dimensional conjugated polymer networks
Nat. Commun.5:5842 18 décembre 2014


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Source: CNRS