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Posté par Redbran le Vendredi 09/03/2018 à 12:00
La technologie couche par couche (LbL) appliquée à l'oxyde de graphène
Un projet financé par l'UE a réussi à prouver que l'oxyde de graphène peut être assemblé avec d'autres matériaux pour fabriquer des composites polymères denses. Cette découverte pourrait donner lieu à des applications dans l'optoélectronique et la conversion énergétique, entre autres.


Des nanostructures d'oxydes métalliques de morphologies différentes, de tailles définies et de microstructures contrôlées seront utilisées pour créer une structure en couches de NPs à oxyde de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) par assemblage électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) entre le graphène chargé négativement et les nanostructures chargées positivement.©HIGRAPHEN

Le graphène est souvent présenté comme un super matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières...) en raison de sa résistance, de sa finesse, de sa conductivité et de ses propriétés optiques hors du commun. Mais son potentiel atteint un tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autre niveau lorsqu'il est combiné avec d'autres matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) de natures différentes. Les propriétés du graphène peuvent être modifiées par la création de ces matériaux hybrides. Cette particularité offre aux chercheurs des perspectives nouvelles et prometteuses d'applications et peut également garantir une meilleure intégration du graphène dans les dispositifs.

C'est dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) que le Dr Sergio Moya de CIC biomaGUNE a lancé, en mars 2014, le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) HIGRAPHEN (Hierarchical Functionalization of Graphene for Multiple device fabrication). En utilisant la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) couche par couche ? un simple procédé pour la fonctionnalisation des surfaces, reposant sur le dépôt progressif de molécules ou de matériaux de charges opposées ? il cherchait à développer un procédé générique et polyvalent pour la fabrication de dispositifs hybrides qui combinent le graphène avec des matériaux polymères organiques et inorganiques.

"La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) motrice qui se cache derrière l'assemblage couche par couche est l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) électrostatique entre les composants assemblés", explique le Dr Moya. "Au début, cette technique a été développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des...) pour l'assemblage des polyélectrolytes, c.-à-d. des polymères avec des monomères à charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour...) multiple. Mais depuis, son application a été étendue à différents composants: des polyélectrolytes couche par couche peuvent être associés à des nanoparticules, des lipides, des cellules, de l'oxyde de graphène, etc. Cette polyvalence offre une possibilité à la fois simple et puissante de concevoir des interfaces, tout en évitant les liaisons chimiques covalentes et montre un potentiel dans de nombreuses applications ? des membranes de nanofiltration (La nanofiltration, tout comme l'osmose inverse, l'ultrafiltration et la microfiltration est un procédé de séparation effectué par l'application d'une...) à des dispositifs optoélectroniques, des revêtements intelligents et des systèmes d'administration de médicaments.

Le projet a fait un pas en avant en se concentrant en particulier sur la combinaison (Une combinaison peut être :) de l'oxyde de graphène avec des nanoparticules de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux...) et d'oxyde de métal, ainsi qu'avec des polyélectrolytes, tout en envisageant des applications potentielles dans le stockage de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en...). Bien que la technique couche par couche soit largement utilisée dans l'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.) des surfaces et dans la production de fines pellicules, l'utilisation de cette technologie par le projet HIGRAPHEN pour assembler des composants hétérogènes avec l'oxyde de graphène est particulièrement innovante.

Le Dr Moya et son équipe ont commencé par synthétiser différents nanomatériaux tels que les boîtes quantiques de ZnSe, les nanoparticules magnétiques et les polymères électroactifs comme les polyaminobenzylamines (PABA), avant de les intégrer dans des pellicules couche par couche avec de nombreux composants, notamment l'oxyde de graphène. Par la suite, l'équipe du projet HIGRAPHEN a intégré ces ensembles dans des revêtements et des dispositifs anticorrosifs macroscopiques destinés à des applications optoélectroniques et à la conversion énergétique.

"L'un des principaux défis auxquels nous avons dû faire face était d'obtenir une disposition dense d'oxyde de graphène en combinaison avec des polymères. Cela nous a permis de développer différentes approches de revêtement de l'oxyde de graphène et de sa combinaison avec des nanoparticules", explique le Dr Moya.

Globalement, le résultat le plus important du projet est la preuve que l'oxyde de graphène peut être assemblé pour créer des composites polymères denses et qu'il peut être facilement intégré à des nanoparticules de métal pour la catalyse. Si le projet HIGRAPHEN doit se terminer en mars 2018, le Dr Moya précise que les partenaires du projet suivent déjà de nouvelles pistes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) intéressantes qui reposent sur les résultats du projet, pour la fabrication de dispositifs et des applications catalytiques.

Pour plus d'information voir:
- Projet HIGRAPHEN

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Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS