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Le graphène sera-t-il l'enfant prodige du 21e siècle ? Depuis que cette couche unique d'atomes de carbone 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.
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 (jaune)].
© CNRS / 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 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