SEMANTICS: l'ouverture d'une passerelle vers des solutions industrielles pour les monocouches exfoliantes
Le professeur Coleman a d'abord montré comment créer des nanomatériaux de cette manière en produisant du graphène, des monocouches de l'épaisseur d'un atome de carbone avec des propriétés électroniques uniques. Il a montré que soumettre à de l'énergie sonique du graphite en vrac en suspension dans un liquide entraîne l'exfoliation des monocouches de carbone du graphite. Cela produit une dispersion liquide des flocons de monocouche de graphène. En 2010, il a bénéficié d'une bourse de démarrage du CER pour développer ses recherches primées et pouvoir démontrer tout leur potentiel. En effet, le poids d'un éléphant en équilibre sur un crayon serait nécessaire pour casser sur une feuille de graphène l'épaisseur d'un film autocollant. L'équipe du professeur Coleman applique maintenant cette technologie à de nombreux autres matériaux importants au niveau industriel, par exemple en exfoliant des monocouches de sulfure de tantale, un conducteur métallique; nitrure de bore, un isolant; et le disulfure de molybdène (MoS2), un semi-conducteur. Ces éléments forment les bases fonctionnelles des applications nanoélectroniques, mais l'élément important est que cette opération est réalisée en phase liquide. Donc, en permettant aux monocouches en suspension de s'établir sur une surface et de former un film continu, l'équipe produit des couches empilées de films conducteurs, isolants et semi-conducteurs, d'une épaisseur contrôlée et avec des propriétés optiques et électriques bien définies, à partir desquelles un hôte d'appareils tels que des semi-conducteurs et des détecteurs peuvent être fabriqués en vrac. Et le potentiel de ces recherches ne réside pas seulement dans l'électronique. Les monocouches de disulfure de molybdène sont 20 fois plus solides que l'acier, elles peuvent donc être utilisées pour consolider d'autres matériaux, comme le plastique, qui sont également traités dans des solvants liquides. L'équipe du professeur Coleman en a fait exactement la démonstration en déposant une petite quantité de MoS2 avec un plastique polymère commun, ce qui a plus que doublé sa solidité! Les plastiques sont omniprésents dans les applications structurelles, comme les composants des voitures, par exemple. Donc, doubler la résistance signifie que l'on a besoin de deux fois moins de matériaux, réduisant de la sorte la quantité de pétrole nécessaire pour produire le plastique, réduisant le poids et donc les émissions des voitures. Voilà pourquoi les recherches du professeur Coleman sont décrites comme une «technologie passerelle», si elles peuvent démontrer des applications industrielles, le potentiel est énorme. Avant son allocution au TEDx, le professeur Coleman a déclaré: «Je suis impatient de partager les derniers développements de la science des matériaux avec le public à l'occasion du TEDx. La découverte du graphène a ouvert une porte à d'innombrables applications potentielles concrètes et je pense que le public du TEDx trouvera comme moi l'idée de la création de monocouches bidimensionnelles d'une variété de matériaux très excitante»! Venez écouter le professeur Coleman présenter ces développements lors de la session du CER du TEDx Bruxelles à 14h15.
Mots‑clés
SEMANTICS, exfoliation, monocouches, nanomatériaux, graphène