Ces dernières années, le graphène, un supermatériau, a suscité une attention particulière. Mais qu'est-ce que le graphène ? Imaginez une substance 200 fois plus résistante que l'acier, mais 1 000 fois plus légère que le papier.
En 2004, deux scientifiques de l'Université de Manchester, Andrei Geim et Konstantin Novoselov, ont « joué » avec du graphite. Oui, la même substance que l'on trouve sur la pointe d'un crayon. Intrigués par ce matériau, ils voulaient savoir s'il pouvait être retiré en une seule couche. Ils ont donc trouvé un outil insolite : du ruban adhésif.
« On pose [le ruban] sur du graphite ou du mica, puis on décolle la couche supérieure », a expliqué Heim à la BBC. Des paillettes de graphite se détachent du ruban. On plie ensuite le ruban en deux et on le colle sur la feuille supérieure, puis on les sépare à nouveau. On répète ensuite l'opération 10 à 20 fois.
« À chaque fois, les paillettes se décomposent en paillettes de plus en plus fines. Au final, il ne reste que de très fines paillettes sur la bande. On dissout le ruban et tout se dissout. »
Étonnamment, la méthode du ruban adhésif a fait des merveilles. Cette expérience intéressante a conduit à la découverte de flocons de graphène monocouche.
En 2010, Heim et Novoselov ont reçu le prix Nobel de physique pour leur découverte du graphène, un matériau composé d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal, semblable à du grillage à poules.
L'une des principales raisons pour lesquelles le graphène est si remarquable réside dans sa structure. Une seule couche de graphène immaculé se présente comme une couche d'atomes de carbone disposés selon un réseau hexagonal. Cette structure en nid d'abeille à l'échelle atomique confère au graphène son impressionnante résistance.
Le graphène est également une superstar de l'électricité. À température ambiante, il conduit l'électricité mieux que tout autre matériau.
Vous vous souvenez des atomes de carbone dont nous avons parlé ? Eh bien, ils possèdent chacun un électron supplémentaire appelé électron pi. Cet électron se déplace librement, ce qui lui permet de conduire à travers plusieurs couches de graphène avec une faible résistance.
Des recherches récentes sur le graphène au Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert quelque chose de presque magique : lorsque vous faites légèrement pivoter (seulement 1,1 degré) deux couches de graphène hors de leur alignement, le graphène devient un supraconducteur.
Cela signifie qu'il peut conduire l'électricité sans résistance ni chaleur, ouvrant ainsi des possibilités passionnantes pour la future supraconductivité à température ambiante.
L'une des applications les plus attendues du graphène est celle des batteries. Grâce à sa conductivité supérieure, nous pouvons produire des batteries au graphène qui se chargent plus rapidement et durent plus longtemps que les batteries lithium-ion modernes.
Certaines grandes entreprises comme Samsung et Huawei ont déjà emprunté cette voie, visant à introduire ces avancées dans nos gadgets du quotidien.
« D'ici 2024, nous prévoyons la commercialisation d'une gamme de produits à base de graphène », a déclaré Andrea Ferrari, directeur du Cambridge Graphene Center et chercheur au Graphene Flagship, une initiative menée par European Graphene. L'entreprise investit 1 milliard d'euros dans des projets communs. Cette alliance accélère le développement de la technologie du graphène.
Les partenaires de recherche de Flagship créent déjà des batteries au graphène offrant une capacité et une énergie supérieures de 20 % à celles des meilleures batteries haute énergie actuelles. D'autres équipes ont créé des cellules solaires à base de graphène 20 % plus efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité.
Bien que certains produits aient déjà exploité le potentiel du graphène, comme les équipements sportifs Head, le meilleur reste à venir. Comme l'a souligné Ferrari : « On parle de graphène, mais en réalité, il s'agit d'un grand nombre d'options à l'étude. Les choses évoluent dans la bonne direction. »
Cet article a été mis à jour à l'aide de la technologie d'intelligence artificielle, vérifié et édité par les éditeurs de HowStuffWorks.
Le fabricant d'équipements sportifs Head a utilisé ce matériau exceptionnel. Sa raquette de tennis Graphene XT est annoncée comme 20 % plus légère à poids égal. Une technologie véritablement révolutionnaire !
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Date de publication : 21 novembre 2023