Faire entrer la production de masse du graphène dans une nouvelle ère
Publié par Redbran le 04/02/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS

© Graphene Flagship
La combinaison unique des propriétés du graphène ouvre la voie à une grande variété d'applications, de l'énergie et de l'électronique aux dispositifs biomédicaux et aux avions. Pour répondre à ces demandes croissantes, les chercheurs doivent faire passer la production de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) à une échelle industrielle.

Traditionnellement, la production de graphène se fait par le biais de méthodologies de traitement de graphite ou de dépôt chimique en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) vapeur () (CVD), chacune de ces options offrant des propriétés et une qualité différentes. Bien que le CVD soit une approche évolutive, il ne génère que des monocouches de graphène de haute qualité qui conviennent aux applications dans les semi-conducteurs.

Le Work Package du Graphene Flagship intitulé Production dirigé par le Dr Alex Jouvray d'Aixtron Ltd au Royaume-Uni se concentre sur la production en série de graphène à des fins commerciales. L'idée est de faire passer les processus de fabrication de CVD et de graphène en vrac (Le vrac (du néerlandais wrac : mal salé, mauvais) désigne des marchandises qui ne sont pas emballées ou arrimées.) à l'échelle industrielle de façon rentable tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en maintenant l'uniformité et une qualité élevée. "Notre objectif ultime est d'établir une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) d'approvisionnement industrielle en graphène en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) capable de satisfaire les diverses applications du graphène" explique le Dr Jouvray. Parmi les partenaires du groupe de travail figurent un fabricant d'équipements industriels (Aixtron Ltd) des producteurs commerciaux de graphène (Avanzare Innovacion Tecnologica SL Graphenea SA et Grupo Antolin-Ingenieria SA) et des utilisateurs finaux du graphène comme Airbus (Airbus est un constructeur aéronautique européen et également un acteur majeur dans la construction aéronautique mondiale. Filiale à 100 % du groupe industriel EADS, il conçoit,...) Operations SL et Aernnova.

Méthodologies de production

Les méthodes de traitement du graphène telles que l'exfoliation, la sonication et le traitement par plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes...) cassent le graphite de manière contrôlée, générant des flocons de graphène. La méthode d'exfoliation permet de produire des flocons de graphène de très haute qualité, mais il est difficile de la faire passer à l'échelle industrielle. D'un autre côté, le traitement au plasma et la sonication peuvent produire de très grandes quantités d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion...) de graphène, des nanoplaquettes d'oxyde de graphène réduit et de graphène, qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) d'additifs aux plastiques, et peuvent être incorporées dans des polymères renforcés à la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le...) ou dans du béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant.) pour leur conférer résistance et conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction. Cette constante apparaît par exemple...). De plus, ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) apparentés au graphène conviennent aux revêtements et aux applications dans le domaine de l'impression.

Les chercheurs ont développé avec succès une méthodologie pour le dépôt de graphène sur feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds. À...), à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande...), parallèlement à une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de pavage (Un pavage (ou dallage) est une partition d'un espace (généralement un espace euclidien comme le plan ou l'espace tridimensionnel) par un ensemble fini d'éléments appelé tuiles (plus précisément, ce sont...) qui transfère du graphène de haute qualité sur des substrats de grande surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...). De plus, Avanzare a fait passer la production de graphène à plusieurs tonnes par an, servant de fournisseur à d'autres partenaires du Graphene Flagship.

De nouveaux produits à base de graphène

Outre les systèmes de production et de dépôt de graphène, des efforts importants ont également été consacrés à la qualification de produits à base de graphène dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) réel. Un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de produits contenant du graphène ont été mis sur le marché, tels que des raquettes de tennis, les garnitures de pavillon automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est...) et une vaste gamme de matériaux apparentés au graphène. Le Work Package intitulé Production cible spécifiquement les industries automobile, aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui rassemble les techniques de l'aéronautique (déplacement dans l'atmosphère,...) et optoélectronique.

En ajoutant du graphène dans un composite polymère, les scientifiques ont créé un plastique ignifuge pouvant être utilisé dans les secteurs de l'automobile et du bâtiment. L'incorporation de ces matériaux intelligents aux côtés de systèmes de détection d'incendie efficaces peut sans aucun doute améliorer la sécurité des bâtiments. Dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), étant donné le problème grandissant des incendies de véhicules routiers, les matériaux ignifugeants contribueront à améliorer la sécurité routière.

Le développement de structures renforcées en graphène pour les applications aérospatiales revêt une importance primordiale. Le graphène confère aux composites des propriétés mécaniques et une conductivité améliorées. Des ingénieurs et des scientifiques d'Airbus, d'Aernnova et du Grupo Antolin ont mis au point (Graphie) un prototype de composant aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.) utilisant des matériaux composites à base de graphène qui offre une protection contre la foudre (La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive qui se produit lorsque de l'électricité statique s'accumule entre des nuages d'orage ou entre un tel nuage et la terre. La...) pour un faible poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du...).

Jusqu'à récemment, le graphène était en grande partie confiné à un environnement 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 métonymique, la recherche scientifique désigne également le...). "Dans le Work Package intitulé Production, le développement du graphène est entièrement stimulé par l'industrie. Les producteurs de matériaux et d'équipements doivent donc adhérer à de stricts protocoles de développement et de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la qualité", note le Dr Jouvray.

Le graphène étant en passe de devenir le 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...) du XXIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une...), l'industrie doit suivre le rythme en termes de processus de production. Le Dr Jouvray pense que le Graphene Flagship va "créer un écosystème pour le graphène et ses produits dérivés, stimulé par l'industrie, et ainsi développer le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) des applications potentielles".

Pour plus d'information voir:
- 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...) GRAPHENE
- Graphene Flagship
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