GRAPHÈNE

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Visualisation du graphène: microscope optique

Visualisation du graphène: microscope optique
Crédits : Groupe de physique mésoscopique, laboratoire Pierre Aigrain

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Visualisation du graphène: microscope à effet tunnel

Visualisation du graphène: microscope à effet tunnel
Crédits : Pierre Mallet, Jean-Yves Veuillen, Institut Néel, C.N.R.S., Grenoble).

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Transistor à base de graphène

Transistor à base de graphène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Visualisation du graphène: structure cristalline

Visualisation du graphène: structure cristalline
Crédits : Groupe de physique mésoscopique, laboratoire Pierre Aigrain

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Stabilité surprenante et propriétés mécaniques exceptionnelles

La stabilité du graphène a surpris les physiciens. En effet, la théorie prévoit que les cristaux à deux dimensions (c'est-à-dire des cristaux plans avec une épaisseur de seulement un atome) ne peuvent exister, à moins qu'ils soient de taille limitée ou qu'ils contiennent de nombreux défauts cristallins, ce qui n'est pas le cas du graphène. Des membranes de graphène suspendues ont été réalisées, ce qui démontre la stabilité du graphène même en l'absence de substrat. Ces membranes présentent cependant des ondulations, dont l'amplitude est de l'ordre du nanomètre et la longueur d'onde de l'ordre de 10 nanomètres. On pense aujourd'hui que ces défauts de planéïté assurent la stabilité du graphène malgré l'absence de défauts cristallins.

Dans un cristal de graphène, chaque atome de carbone est relié à ses trois plus proches voisins par l'intermédiaire d'une solide liaison chimique. La force de la liaison carbone-carbone, responsable par exemple de la dureté du diamant ou des propriétés mécaniques des fibres de carbone, confère au graphène des propriétés mécaniques exceptionnelles. Dans le plan du cristal, le graphène est extrêmement rigide et résistant (environ cent fois plus résistant que l'acier). De surcroît léger, il est ainsi un excellent candidat pour la réalisation de systèmes électromécaniques de taille nanométrique (N.E.M.S., Nano Electro-Mechanical Systems) qui fleurissent dans l'électronique. Bien que ses propriétés mécaniques soient voisines de celles des nanotubes de carbone, la géométrie planaire du graphène devrait par ailleurs le rendre beaucoup plus efficace pour le renforcement des nanocomposites. Hors du plan, la membrane de graphène est extrêmement flexible, lui permettant de s'adapter à la plupart des substrats, notamment aux substrats souples (photo). Ainsi, des chercheurs sud-coréens ont mis au point en 2010 le premier écran tactile fabriqué avec du graphène. Pouvant atteindre une taille de 30 pouces, il peut ê [...]


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Écrit par :

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., responsable du groupe Physique mésoscopique, directeur du groupement de recherche physique quantique mésoscopique
  • : professeur à l'École normale supérieure, directeur du laboratoire Pierre-Aigrain

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Pour citer l’article

Bernard PLAÇAIS, Jean-Marc BERROIR, « GRAPHÈNE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 novembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/graphene/