Graphène

Qu’est ce que le graphène ?

Définition et applications du graphène

Le graphène se présente sous forme de feuilles aussi fines qu’un atome.

Ultra fine, légère, solide, transparente, flexible, étanche : Cette structure chimique a de quoi bouleverser toutes les industries.

• Le graphène possède une résistance à la rupture deux cents fois supérieure à celle de l’acier et il est six fois plus léger.
• Il est très flexible et c’est le meilleur conducteur électrique connu.
• Il est imperméable

Caratéristiques exceptionnelles dans beaucoup d’applications  telles que :

• Membranes pour eau potable
• Support ideal pour les électrodes des batteries
• Circuits informatiques
• Cellules d’énergie
• Smartphones
• Tissus vivants

Le graphène se trouve à l’état naturel dans les cristaux de graphite et il existe plusieurs techniques pour le render exploitable.

La plus part des  processus ont  été développés dans un laboratoire et seraient trop chers  pour la production

• Traiter des lots par sonification par exemple n’est pas réalisable en production. En effet la concentration maximum est de 0,2 g/l avec un rendement de seulement 1-2%
• Le mixeur Rotor stator  à grande vitesse a donné des résultats encore plus bas. concentration <0.1 g/L et un rendement <0.2%.

Alors qu’avec le Microfluidizer de laboratoire M110P une concentration de 100g/l avec un rendement de 100% a été obtenue. Ceci permettant  d’obtenir un taux 500-1000 fois plus important en terme de concentration de produit et 50-500 fois plus haut en terme de rendement

Le processeur Microfluidizeur peut générer des forces de cisaillement très importantes (10⁸ s^-1 ) qui déchirent littéralement les feuilles de graphène du graphite

(voir l’image ci-dessus).

Ce processus est très encourageant parce que la technologie Microfluidcs est évolutive aux centaines de litres par heure signifiant que les Microfluidizer peuvent être utilisés pour la fabrication à grande échelle.

SEM images taken from coatings comprising (a) starting graphite, (b) after 1 cycle, (c) after 5 cycles, and (d) after 100 cycles through the Microfluidizer processor at 30,000 psi. The scale bar is 5 μM.

Utilisation de Graphène Exfolié (naturel) pour créer un circuit Electronique Imprimé.

Application concrète du graphène

Les chercheurs de l’université de Cambridge ont étudié des variables comme la concentration du graphite, le type de tensio–actif et le nombre de passe  à travers le Microfluidizer et determiné ainsi l’impact de la taille de particule, les propriétes rhéologique et la conductivité des encres formées.

Les chercheurs ont d’abord évalué l’impact du nombre de passe sur la qualité structurelle des flocons. Ils ont constaté que l’intégrité de la structure a été maintenu  jusqu’à 70 cycles, mais au dessus de ceci, la matière s’est déformée.

Les chercheurs ont alors évalué l’impact de la concentration du graphene en fonction de l’épaisseur du film et de la résistance au cisaillement.

D’autres facteurs  comme la température (Ils ont trouvé qu’une température de 300°C  produit une conductivité plus importante) et le type de tensio-actif (Ils ont constaté que le sodium déoxycholate résistait   beaucoup mieux que la cellulose de méthyle carboxy à la decomposition à haute temperature )

Les encres ont été imprimées par l’intermédiaire d’un plateau sérigraphique semi-automatique.

Ces lignes ont été imprimées avec une résolution de 100µm.

Les chercheurs ont constaté qu’ils étaient capable de produire des encres très conductrices   (Avec une conductivité de 2 x 10⁴ S/m) avec une viscosité ajustable . Ces encres pourraient être solidement imprimées sur le papier et exposer une excellente flexibilité.

Comme la technologie Microfluidics garantit la transposition à plus grande échelle (jusqu’à plusieurs centaines de litres par heure) ils ont conclu que la technologie Microfluidcs était appropriée pour la fabrication en série du Graphène chimiquement inchangé pour l’utilisation dans une vaste gamme d’applications.

1] Panagiotis G. Karagiannidis, et. al. “Microfluidization of Graphite and Formulation of Graphene-Based Conductive Inks” ACS Nano. January 19, 2017. www.acsnano.org