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Posté par Redbran le Mardi 26/04/2016 à 12:00
Des graphènes sensibles à la lumière
Quand le graphène rencontre des interrupteurs moléculaires pilotés par la lumière.

Des chercheurs du Laboratoire de nanochimie et du Laboratoire de chimie et des biomatériaux supramoléculaires de l'Institut de science et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) supramoléculaires (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Strasbourg), en collaboration avec l'Université de Mons (Belgique), l'Université de Cambridge (Royaume-Uni), le CNR et l'Université de Bologne (Bologne est une ville italienne d'environ 375 000 habitants, située dans le nord-est du pays, entre le Pô et les Apennins. C'est le...) (Italie), ont montré qu'il est possible de créer des dispositifs à base de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) sensibles à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...), ouvrant ainsi la voie à de nombreuses applications comme les photodétecteurs et les mémoires à commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.). Ces travaux sont parus dans la revue Nature Communications.


(a) Représentation schématique de la configuration du dispositif à deux bornes. (b) Modulation optique de la réponse en courant par une succession de cycles d'irradiation UV/lumière visible. (c) Représentation schématique de l'hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement...) graphène?azobenzène lors des cycles d'irradiation UV/lumière visible.
@ Paolo Samori.

Contrôler à distance par une simple exposition à la lumière la conduction électrique d'un dispositif à base de graphène pourrait constituer la première étape vers le développement de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) multicomposants et leur utilisation pour la fabrication de dispositifs multifonctionnels. Pour cela, on peut imaginer une structure en mille-feuille constituée de feuillets conducteurs de graphène séparés par des couches intégrant des molécules fonctionnelles qui se transforment de manière réversible sous l'action de la lumière.

Pour jouer le rôle d'interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant d'interrompre ou d'autoriser le passage d'un flux. Il ne faut pas confondre...) moléculaire, les chercheurs ont choisi la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) 4-(décyloxy)azobenzène. Cet azobenzène équipé d'une longue chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) aliphatique (En chimie organique, une molécule est dite aliphatique lorsque sa(ses) chaîne(s) carbonée(s) est(sont) acyclique(s).) est disponible dans le commerce et présente une forte affinité pour le graphène. On peut donc penser que lors de la production de graphène par exfoliation du graphite, cette molécule va s'intercaler entre les différents plans de graphène (voir Figure). De plus, ce composé passe de l'isomère trans à cis lorsqu'il est exposé aux UV, l'isomère cis étant beaucoup plus volumineux, et retourne dans sa forme trans lorsqu'on l'expose à la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.). Il pourrait ainsi jouer le rôle d'interrupteur optique.

La méthode relativement simple et efficace d'exfoliation en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) pour transformer le graphite (peu coûteux et facilement disponible) en graphène permet d'obtenir des encres de graphène pouvant être produites en routine afin d'exploiter tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le potentiel du graphène dans des dispositifs. Les chercheurs ont constaté qu'en exposant (Exposant peut signifier:) le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) graphite / azobenzène à la lumière UV pendant l'exfoliation en phase liquide (1), l'isomère encombré cis de l'azobenzène se formait ce qui conduisait à une augmentation de la concentration en graphène de l'ordre de 80% par rapport à ce qu'ils obtenaient en l'absence d'azobenzène.

Les chercheurs ont ensuite réalisé de véritables dispositifs électrique photocommutables avec ces échantillons basé sur le graphène. Ils ont mis au point (Graphie) un nouveau procédé pour déposer l'encre hybride graphène?azobenzène sur un substrat de SiO2 comportant des électrodes d'or (voir figure). Ils ont ainsi obtenu un film continu composé de couches alternées de graphène et d'azobenzène. La conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant...) élevée du graphène permet de mesurer facilement le courant dans ces dispositifs. Lorsque l'azobenzène est dans sa forme trans, ces dispositifs conduisent l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui...) à la fois le long de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) de graphène, et à travers le film déposé par "saut" d'électrons d'une couche de graphène à l'autre. Lorsque le dispositif est exposé au rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) UV, l'encombrement stérique de l'isomère cis qui se forme augmente la distance entre les feuillets de graphène.Les électrons "sautent" ainsi plus difficilement d'un feuillet à l'autre, ce qui diminue la conductivité à travers le film.

Grâce à un procédé de dépôt en une étape, les chercheurs ont réalisé un interrupteur moléculaire modulable avec la lumière. Ce dispositif fonctionne de manière réversible, ce qui est primordial pour envisager la fabrication de mémoires à commande optique.

Note:
(1) Le solvant organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) utilisé est le N-méthyl-2-pyrrolidone.

Pour plus d'information voir:
Markus Döbbelin, Artur Ciesielski, Sébastien Haar, Silvio Osella, Matteo Bruna, Andrea Minoia, Luca Grisanti, Thomas Mosciatti, Fanny Richard, Eko Adi Prasetyanto, Luisa De Cola, Vincenzo Palermo, Raffaello Mazzaro, Vittorio Morandi, Roberto Lazzaroni, Andrea C. Ferrari ( Automobiles et motos Ferrari, constructeur automobile italien dont le nom provient de son fondateur Enzo Ferrari. Scuderia Ferrari, l'écurie de course du constructeur. Ferrari,...), David Beljonne & Paolo Samorì
Light-enhanced liquid-phase exfoliation and current photoswitching in graphene?azobenzene composites
Nature Commun. 7 avril 2016
DOI: 10.1038/ncomms11090

Contact chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...):
Paolo Samorì, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir...) et d'ingénierie supramoléculaires ? Strasbourg
Tél.: 03 68 85 51 60
Courriel: samori@unistra.fr
http://www.nanochemistry.fr/

Contacts institut:
Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et à extraire certains produits (huile,...), Jonathan Rangapanaiken


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Source: CNRS-INC
 
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