La synthèse du graphène fait appel à plusieurs méthodes, chacune ayant ses propres avantages et limites.
Ces méthodes conviennent à différentes applications, en fonction de la qualité et de la quantité de graphène souhaitées.
5 méthodes de synthèse du graphène
1. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur est une méthode très efficace pour synthétiser le graphène, en particulier pour les applications dans le domaine de l'électronique et des capteurs à haute performance.
Le processus consiste généralement à faire croître des films de graphène sur des substrats tels que le nickel (Ni) ou le cuivre (Cu).
Sur le nickel, les atomes de carbone se décomposent à haute température et se diffusent dans le nickel. En refroidissant, ces atomes de carbone précipitent sur la surface pour former du graphène.
De même, le cuivre est préféré pour sa faible solubilité dans le carbone, ce qui facilite la croissance de graphène monocouche d'une grande pureté.
Le procédé CVD nécessite un contrôle minutieux des paramètres tels que les volumes de gaz, la pression, la température et la durée afin de garantir la qualité du graphène produit.
2. Exfoliation mécanique
Cette méthode consiste à décoller physiquement des couches de graphène d'une source de graphite en vrac à l'aide d'un ruban adhésif.
Bien qu'il s'agisse d'une technique simple, elle n'est pas extensible pour la production de grandes surfaces et est principalement utilisée à des fins de recherche en raison des petites quantités de graphène produites.
3. Exfoliation et réduction en phase liquide de l'oxyde de graphène (GO)
Dans cette méthode, l'oxyde de graphène est dispersé dans un milieu liquide, puis réduit pour former du graphène.
Cette approche est avantageuse en raison de son évolutivité et de sa capacité à produire du graphène en grandes quantités.
Cependant, la qualité du graphène produit peut ne pas être aussi élevée que celle obtenue par CVD, ce qui affecte ses propriétés électroniques.
4. Méthode de piégeage de la vapeur
Cette technique est utilisée pour synthétiser du graphène monocristallin à gros grain.
Elle implique un dispositif spécifique dans lequel un tube de piégeage de la vapeur joue un rôle crucial dans la création d'une distribution quasi-statique des gaz réactifs, ce qui conduit à la formation de gros grains de graphène en forme de fleurs.
Cette méthode est particulièrement utile pour les applications nécessitant des films de graphène de grande surface et de haute qualité.
5. Autres méthodes
Il existe d'autres méthodes de synthèse du graphène, chacune ayant ses propres avantages et limites.
Le choix de la méthode de synthèse dépend de l'application souhaitée et de la qualité requise du graphène.
Le dépôt en phase vapeur (CVD) se distingue par sa capacité à produire un graphène de grande qualité et de grande surface, ce qui le rend adapté aux applications technologiques de pointe.
D'autres méthodes, comme l'exfoliation mécanique et l'exfoliation en phase liquide, conviennent mieux à la recherche ou aux applications pour lesquelles un graphène de haute qualité n'est pas une exigence primordiale.
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