Graphène
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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
Système cristallin Hexagonal plan
Unités du SI & CNTP, sauf indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) contraire.


Le graphène est un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de cristallographie, tout...) bidimensionnel (monoplan) carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) dont l'empilement constitue le graphite. Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) de l'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 États-Unis, au moment où les...) de Manchester. Il peut être produit de deux manières : par extraction mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref,...) 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 matériau.) d'un cristal de carbure de silicium (Le carbure de silicium (SiC), aussi connu sous le nom de carborundum ou de moissanite, est une céramique composée de silicium et de carbone.), qui permet la libération des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) (graphène epitaxié).

Histoire

Le graphène a été obtenu pour la première fois en 2004 par l'équipe d'André Geim à l'université de Manchester en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000 habitants (en 2006), qui représentent 83,8% de la population du...).

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 période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...) 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 à la révolution de la Terre autour du Soleil.).

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 où une identification optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) 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 autre que l’oxygène. Ils présentent donc une formulation...) de silicium. Un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) 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 changement dans le monde.) 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 avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) puis utiliser de l'hydrazine comme solvant réducteur pour purifier le graphène.

Caractéristiques

Structure cristalline

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 assertion qui peut être établie comme vraie au travers d'un raisonnement logique construit à...) 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 pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) (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 chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) d'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes....) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts 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 des années 1930, tous les avions classiques sont monoplans.) 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, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) de Dirac.

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