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GRAPHÈNE

Structure cristalline du graphène

Structure cristalline du graphène

Le graphène est un cristal constitué d'un unique plan d' atomes de carbone répartis régulièrement sur un réseau hexagonal en forme de nid d'abeilles. Il constitue la brique élémentaire de nombreuses autres formes (allotropes) du carbone : le graphite est un empilement tridimensionnel (3D) de feuilles de graphène (2D) ; les nanotubes de carbone en sont la forme enroulée (1D) ; enfin, les fullerènes prennent la forme de ballons (0D). En 2004, les physiciens Andre Geim et Konstantin Novoselov réussissent pour la première fois à fabriquer et à observer une feuille de graphène suffisamment grande pour permettre de sonder ses propriétés électroniques et optiques. Pour leurs travaux, ces deux chercheurs de l'université de Manchester reçoivent le prix Nobel de physique en 2010. Le graphène s'est vite avéré être un matériau fascinant, aux propriétés physiques et chimiques exceptionnelles. Depuis sa découverte, il suscite un engouement extraordinaire et donne lieu à des recherches variées, des plus fondamentales aux plus appliquées.

Comment a-t-on isolé le graphène ?

Exfoliation du graphite pour l’obtention de graphène

Exfoliation du graphite pour l’obtention de graphène

Dès le xixe siècle, le graphène est identifié comme un sous-produit de certaines réactions chimiques. Sa structure électronique remarquable est calculée théoriquement pour la première fois dans les années 1950. Cependant, il demeure longtemps une curiosité de la physique théorique car les cristaux alors fabriqués sont trop petits pour permettre l’étude de leurs propriétés physiques. La situation change en 2004 lorsque l’on réussit à isoler un feuillet de graphène par exfoliation.

Quiconque a écrit avec un crayon à papier sait qu'il suffit de faire glisser le crayon sur une feuille pour y déposer du graphite. Cela est possible parce que les feuilles de graphène qui composent un cristal de graphite sont faiblement liées les unes aux autres (interactions de type Van der Waals). C'est aussi le principe de la technique très simple mise au point par Geim et Novoselov pour isoler un monofeuillet de graphène par exfoliation : un ruban adhésif est appliqué sur un cristal de graphite très pur ; lorsque l’adhésif est retiré, il emporte des morceaux de cristal extrêmement fins. L'opération est répétée plusieurs fois jusqu'à obtenir un empilement ne contenant que quelques feuilles de graphène sur l’adhésif, qui peuvent alors être déposées sur un support. Une fraction des cristaux ainsi préparés constitue des feuilles dont l’épaisseur est seulement d’un atome de carbone, et dont les dimensions latérales sont comprises entre 5 micromètres (µm) et 1 millimètre de côté.

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Écrit par

  • : docteure, habilitée à diriger des recherches, directrice de recherche au CNRS
  • : docteur, habilité à diriger des recherches, maître de conférences, membre de l'Institut universitaire de France

. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Structure cristalline du graphène

Structure cristalline du graphène

Exfoliation du graphite pour l’obtention de graphène

Exfoliation du graphite pour l’obtention de graphène

Oxyde de graphène en solution aqueuse

Oxyde de graphène en solution aqueuse

Autres références

  • BOROPHÈNE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 990 mots
    • 1 média

    Le borophène est une feuille de bore dont l’épaisseur est celle d’un seul atome. Comme le graphène à base de carbone, sa structure bidimensionnelle en fait un matériau de choix pour de futures applications tirant parti de ses remarquables propriétés électroniques. Mais, contrairement au graphène...

  • GEIM ANDRE (1958- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 468 mots

    Né le 21 octobre 1958 à Sotchi (Russie), le physicien néerlandais d'origine russe Andre Geim (Prix Nobel de physique en 2010) a passé sa prime enfance chez ses grands-parents maternels, sur le littoral ouest de la mer Noire, avant de rejoindre ses parents à Naltchik, la capitale de la république autonome...

  • GRAPHYNE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 315 mots
    • 1 média

    Depuis 2004, les graphènes passionnent les physiciens pour leurs propriétés remarquables. Ces feuilles de carbone faites d'une unique couche d'atomes ont une structure en nid-d'abeilles et leurs caractéristiques électroniques et mécaniques très particulières en font un matériau plein d'avenir....

  • NOVOSELOV KONSTANTIN (1974- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 400 mots

    Le physicien russo-britannique Konstantin Novoselov (Prix Nobel de physique en 2010) naît le 23 août 1974 à Nizhny Tagil (Russie), une ville industrielle de l'Oural ; sa mère est professeur d'anglais et son père ingénieur à l'usine locale de fabrication des chars d'assaut T34. Enfant curieux et bricoleur...

Voir aussi