Graphène - Définition

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Introduction

Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.

Graphène
Molécule de graphène
Général
No CAS 1034343-98-0
Apparence Solide noir mat (graphite)
Propriétés chimiques
Formule brute (C)n
Propriétés électroniques
Mobilité électronique 200 000250 000 cm2·V-1·s-1
Cristallographie (La cristallographie est la science qui se consacre à l'étude des substances cristallines...)
Système cristallin (Un système cristallin est un classement des cristaux sur la base de leurs...) Hexagonal plan
Unités du SI & CNTP, sauf indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit...) contraire.


Le graphène est un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...) bidimensionnel (monoplan) carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) dont l'empilement constitue le graphite (Le graphite est un minéral qui est, avec le diamant, la lonsdaléite et la chaoite, l'un...). Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de l'université de Manchester (L'université de Manchester (University of Manchester) est une université anglaise...). Il peut être produit de deux manières : par extraction mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) du graphite (graphène exfolié) dont la technique a été mise au point (Graphie) en 2004, ou par chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) d'un cristal de carbure de silicium (Le carbure de silicium est un minéral presque exclusivement artificiel, une céramique...), qui permet la libération des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) (graphène epitaxié).

Histoire

Le graphène a été obtenu pour la première fois en 2004 par l'équipe d'André Geim à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Manchester en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni....).

Production

Le graphène se trouve à l'état naturel dans les cristaux de graphite, où il se présente sous la forme d'un empilement de feuilles. Plusieurs techniques ayant pour but de le rendre exploitable ont vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) ces dernières années. À ce jour (janvier 2009), seulement deux sociétés en fabriquent, à savoir Graphene Industries et Graphene Works, mais de nouvelles entreprises devraient apparaître au cours de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...).

Graphène exfolié

Le principe consiste à arracher une très fine couche de graphite du cristal à l'aide d'un ruban adhésif, puis de renouveler l'opération une dizaine de fois sur les échantillons ainsi produits afin que ces derniers soient les plus fins possibles. Ils sont ensuite déposés sur une plaque de dioxyde de silicium (Le dioxyde de silicium est un composé chimique composé d'une proportion d'un atome de...) où une identification optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) permettra de sélectionner les échantillons constitués d'une unique couche.

Graphène épitaxié

Il s'agit de produire du graphène à partir de carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique...) de silicium. Un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) de ce dernier est chauffé sous vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) à 1 300 °C afin que les atomes de silicium des couches externes s'en évaporent. Après un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) bien déterminé, les atomes de carbone restants se réorganisent en fines couches de graphène.

Autre

Le principe consiste à oxyder du graphite dans un milieu acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) puis utiliser de l'hydrazine (L’hydrazine (ou Diazène), de formule chimique N2H4 et de formule...) comme solvant (Un solvant (également nommé en suisse romande thinner pour les solvants puissant) est un...) réducteur pour purifier le graphène.

Caractéristiques

Structure cristalline (La structure cristalline (ou structure d'un cristal) est complètement décrite par les...)

C'est le seul exemple connu de ce qui correspondrait à un cristal dans un espace bidimensionnel, ce qui contredit en apparence le théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une...) de Mermin-Wagner stipulant l'impossibilité d'un tel cristal. En fait, la présence de déformations dans la troisième dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une...) (vagues d'un demi-nanomètre de haut) permettant d'absorber l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) d'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) permettrait d'expliquer la stabilité du cristal.

Propriétés électroniques

Le fait d'être monoplan (Un monoplan est un avion ayant une seule paire d'ailes comme plan de sustentation. Depuis la fin...) lui confère des propriétés électroniques et quantiques particulièrement intéressantes, par exemple des réalisations des propriétés relativistiques de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de Dirac.

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