Ces dernières années, le graphène, un matériau exceptionnel, a suscité un vif intérêt. 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 expérimenté avec du graphite. Oui, la même substance que celle qui se trouve à la mine d'un crayon. Intrigués par ce matériau, ils souhaitaient savoir s'il était possible de l'enlever en une seule couche. Ils ont alors trouvé un outil inattendu : du ruban adhésif.
« On pose le ruban adhésif sur du graphite ou du mica, puis on retire 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 ce processus 10 ou 20 fois.
« À chaque fois, les flocons se fragmentent en flocons de plus en plus fins. Au final, il ne reste que de très fins flocons sur la bande. On dissout le ruban et tout se dissout. »
Étonnamment, la méthode du ruban adhésif a donné des résultats remarquables. Cette expérience intéressante a mené à la découverte de feuillets de graphène monocouches.
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 en un réseau hexagonal, semblable à du grillage à poules.
L'une des principales raisons pour lesquelles le graphène est si extraordinaire réside dans sa structure. Une monocouche de graphène pur se présente comme une couche d'atomes de carbone agencés selon un réseau hexagonal. Cette structure en nid d'abeille à l'échelle atomique confère au graphène son incroyable résistance.
Le graphène est également un matériau exceptionnel pour l'électricité. À température ambiante, il conduit l'électricité mieux que tout autre matériau.
Vous vous souvenez de ces atomes de carbone dont nous avons parlé ? Eh bien, chacun d’eux possède un électron supplémentaire appelé électron pi. Cet électron se déplace librement, ce qui lui permet de conduire le courant 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 pivoter légèrement (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 perspectives passionnantes pour la supraconductivité future à température ambiante.
L'une des applications les plus attendues du graphène concerne les batteries. Grâce à sa conductivité supérieure, il est possible de 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, dans le but d'intégrer ces avancées technologiques à nos appareils du quotidien.
« D’ici 2024, nous prévoyons la commercialisation d’une gamme de produits à base de graphène », a déclaré Andrea Ferrari, directrice du Cambridge Graphene Center et chercheuse au sein du Graphene Flagship, une initiative menée par European Graphene. L’entreprise investit un 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 20 % de capacité et 15 % d'énergie supplémentaires par rapport aux meilleures batteries haute énergie actuelles. D'autres équipes ont mis au point des cellules solaires à base de graphène dont le rendement de conversion de la lumière solaire en électricité est supérieur de 20 %.
Bien que certains produits, comme les équipements sportifs Head, exploitent déjà le potentiel du graphène, le meilleur reste à venir. Comme l'a souligné Ferrari : « On parle de graphène, mais en réalité, on parle d'un grand nombre d'options à l'étude. Les choses évoluent dans la bonne direction. »
Cet article a été mis à jour grâce à l'intelligence artificielle, vérifié et édité par les rédacteurs de HowStuffWorks.
Le fabricant d'équipements sportifs Head a utilisé ce matériau exceptionnel. Sa raquette de tennis Graphene XT est annoncée comme étant 20 % plus légère à poids égal. Une technologie véritablement révolutionnaire !
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Date de publication : 21 novembre 2023