Le graphène peut être synthétisé par différentes méthodes.
Chaque méthode a ses propres avantages et inconvénients.
Le choix de la méthode dépend souvent de l'application prévue du graphène.
Quelles sont les méthodes de synthèse du graphène ? 5 techniques clés expliquées
1. Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Le dépôt chimique en phase vapeur est une méthode largement utilisée pour synthétiser des films de graphène uniformes de grande surface.
Cette technique consiste à faire croître des films de graphène sur des substrats utilisant des métaux de transition tels que le nickel (Ni) ou le cuivre (Cu).
Le processus implique généralement la décomposition d'un gaz contenant du carbone, comme le méthane, à des températures élevées.
Les atomes de carbone se diffusent ensuite dans le substrat métallique et précipitent à la surface sous forme de graphène pendant le processus de refroidissement.
Li et al. ont réalisé des avancées significatives dans cette méthode en 2009 en utilisant la CVD au méthane sur une feuille de cuivre, qui est maintenant utilisée pour la production industrielle à grande échelle de films minces de graphène.
Le processus de dépôt en phase vapeur peut être optimisé en utilisant des processus de lot à lot (B2B) ou de rouleau à rouleau (R2R) pour augmenter le débit de production et obtenir des films de graphène de grande largeur et de grande longueur.
2. Exfoliation mécanique
Cette méthode, mise au point par Geim et Novoselov, consiste à séparer physiquement les couches de graphène du graphite à l'aide d'un ruban adhésif.
Bien que cette méthode permette de produire du graphène de haute qualité, elle n'est pas adaptable à une production de masse ou sur de grandes surfaces en raison de sa nature laborieuse et de la petite taille des flocons de graphène qui en résultent.
3. Exfoliation en phase liquide
Cette méthode consiste à disperser le graphite dans un milieu liquide pour l'exfolier en feuilles de graphène individuelles.
La réduction de l'oxyde de graphène est une autre approche qui consiste à réduire l'oxyde de graphène, une forme chimiquement modifiée du graphène avec des groupes contenant de l'oxygène, afin de restaurer ses propriétés électriques.
Ces méthodes permettent de produire des poudres et des nanoparticules de graphène, qui sont utilisées dans diverses applications telles que le stockage de l'énergie, les composites polymères et les revêtements.
4. Réduction de l'oxyde de graphène (GO)
La réduction de l'oxyde de graphène est une autre approche qui consiste à réduire l'oxyde de graphène, une forme chimiquement modifiée du graphène avec des groupes contenant de l'oxygène, afin de restaurer ses propriétés électriques.
Ces méthodes permettent de produire des poudres et des nanoparticules de graphène, qui sont utilisées dans diverses applications telles que le stockage de l'énergie, les composites polymères et les revêtements.
5. Applications et tendances du marché
Le choix de la méthode de synthèse du graphène dépend fortement de l'application envisagée.
Par exemple, le graphène obtenu par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est préféré pour l'électronique et les capteurs de haute performance en raison de sa haute qualité et de son faible nombre de défauts.
En revanche, les poudres et les nanoparticules de graphène, généralement produites par des méthodes descendantes, conviennent mieux à des applications telles que les encres conductrices et les additifs dans les composites.
Le marché du graphène devrait connaître une croissance significative, les applications sous forme de nanoparticules et de poudres étant prédominantes à court et à moyen terme.
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