Recherche IRB : Le graphène est le matériau de l’avenir dans l’électronique et l’énergie

Les résultats de recherches menées par des scientifiques de l’Institut Ruđer Bošković (IRB) ont montré que l’application de faisceaux d’ions à haute énergie peut façonner précisément le graphène nanoporeux, modifiant la fonctionnalité du matériau et ouvrant la voie à la création de matériaux aux propriétés sur mesure.

Selon l’IRB, les scientifiques ont utilisé des faisceaux d’ions pour façonner précisément la structure du graphène, et ces applications pourraient devenir encore plus sophistiquées et répandues.

Le graphène est le matériau le plus fort et le plus fin connu de l’homme, utilisé dans le développement de dispositifs électroniques et énergétiques avancés, ainsi que comme matériau innovant pour les filtres à air et à eau.

Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue scientifique Applied Surface Science.

Une étape vers la compréhension du contrôle précis des structures

– Notre recherche représente une étape importante dans la compréhension de la manière de contrôler précisément les structures au niveau atomique dans le graphène – a déclaré Kristina Tomić Luketić, chercheuse postdoctorale au laboratoire des interactions des faisceaux d’ions à l’IRB et co-auteur de l’article.

Elle a souligné que la capacité de contrôler la formation de nanopores à l’aide de faisceaux d’ions à haute énergie ouvre de nouvelles portes pour adapter les propriétés du graphène à des applications spécifiques.

Le graphène est un matériau constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés en un motif hexagonal, méritant à juste titre le titre de matériau miracle de la science moderne.

Sa force extraordinaire, qui dépasse même celle de l’acier, combinée à une flexibilité presque impénétrable et une conductivité exceptionnelle, en fait un candidat idéal pour des applications innovantes dans divers secteurs.

En plus d’être le matériau le plus fin jamais découvert, le graphène est également l’un des meilleurs conducteurs de chaleur et d’électricité, ouvrant de nouvelles possibilités dans le développement de dispositifs électroniques avancés, de solutions énergétiques plus efficaces et de matériaux composites innovants.

Le graphène est déjà utilisé dans la production d’écrans flexibles et de circuits super rapides.

Les propriétés uniques du graphène ont déjà trouvé des applications dans la production d’écrans flexibles, de circuits électroniques super rapides et d’équipements sportifs ultra-légers.

De plus, en raison de sa capacité à former des barrières au niveau moléculaire, le graphène a un potentiel dans les filtres à eau et à air, où son application pourrait améliorer considérablement l’efficacité et réduire les coûts de production.

La nouvelle recherche des scientifiques de l’IRB approfondit la compréhension de la manière de gérer les propriétés du graphène au niveau nano.

L’équipe de recherche de l’IRB, qui comprend Tomić Luketić, Andreja Gajović du laboratoire des matériaux de conversion d’énergie et des capteurs, et Marko Karlušić, également co-auteur du laboratoire des films minces à l’IRB, a utilisé une méthode qui peut être comparée à la création artistique de chefs-d’œuvre microscopiques sur une toile d’un atome d’épaisseur.

L’équipe a utilisé des faisceaux d’ions à haute énergie d’iode, de cuivre, de silicium et d’oxygène, accélérés à grande vitesse, pour la création contrôlée de nanopores dans le graphène monomoléculaire sur un substrat.

Selon la vitesse et le type d’ions, les échantillons obtenus variaient, les ions plus lents créant des pores plus grands, similaire à l’effet d’une balle plus lourde frappant une surface plus douce, note l’IRB.

Puissance nucléaire et de stoppage

Les canaux de dépôt d’énergie du faisceau d’ions, la puissance de stoppage nucléaire et électronique du graphène pour les faisceaux d’ions jouent un rôle important dans ce processus.

La puissance de stoppage nucléaire agit comme un coup direct aux atomes et peut « déloger » un atome de sa place, tandis que l’électronique crée des dommages en raison de perturbations dans la structure électronique du graphène, permettant ainsi la création de motifs nanostructuraux finement adaptés.

L’équipe a également étudié comment le substrat sur lequel se trouve le graphène affecte les caractéristiques des dommages, découvrant que le matériau sous le graphène joue un rôle significatif dans l’apparence finale des dommages.

Concernant le substrat, la recherche montre que des résultats optimaux se produisent lorsque la puissance de stoppage électronique prévaut significativement sur la puissance nucléaire.

L’IRB souligne que cela pourrait permettre le développement de nouvelles méthodes pour créer des matériaux avancés tels que le graphène nanoporeux, qui pourraient être utilisés dans un large éventail d’applications, des technologies de capteurs avancées aux systèmes de stockage d’énergie.

La recherche a été financée par la Fondation croate pour la science (HRZZ) et le Fonds européen de développement régional dans le cadre du Centre scientifique d’excellence pour les matériaux avancés et les capteurs.