Graphène - Définition

Introduction

Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.

Graphène
Général
No CAS	1034343-98-0
Apparence	Solide noir mat (graphite)
Propriétés chimiques
Formule brute	(C)n
Propriétés électroniques
Mobilité électronique	200 000–250 000 cm2·V-1·s-1
Cristallographie
Système cristallin	Hexagonal plan
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le graphène est un cristal bidimensionnel (monoplan) carbone dont l'empilement constitue le graphite. Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique de l'université de Manchester. Il peut être produit de deux manières : par extraction mécanique du graphite (graphène exfolié) dont la technique a été mise au point en 2004, ou par chauffage d'un cristal de carbure de silicium, qui permet la libération des atomes de silicium (graphène epitaxié).

Histoire

Le graphène a été obtenu pour la première fois en 2004 par l'équipe d'André Geim à l'université de Manchester en Angleterre.

Production

Le graphène se trouve à l'état naturel dans les cristaux de graphite, où il se présente sous la forme d'un empilement de feuilles. Plusieurs techniques ayant pour but de le rendre exploitable ont vu le jour ces dernières années. À ce jour (janvier 2009), seulement deux sociétés en fabriquent, à savoir Graphene Industries et Graphene Works, mais de nouvelles entreprises devraient apparaître au cours de l'année.

Graphène exfolié

Le principe consiste à arracher une très fine couche de graphite du cristal à l'aide d'un ruban adhésif, puis de renouveler l'opération une dizaine de fois sur les échantillons ainsi produits afin que ces derniers soient les plus fins possibles. Ils sont ensuite déposés sur une plaque de dioxyde de silicium où une identification optique permettra de sélectionner les échantillons constitués d'une unique couche.

Graphène épitaxié

Il s'agit de produire du graphène à partir de carbure de silicium. Un échantillon de ce dernier est chauffé sous vide à 1 300 °C afin que les atomes de silicium des couches externes s'en évaporent. Après un temps bien déterminé, les atomes de carbone restants se réorganisent en fines couches de graphène.

Autre

Le principe consiste à oxyder du graphite dans un milieu acide puis utiliser de l'hydrazine comme solvant réducteur pour purifier le graphène.

Caractéristiques

Structure cristalline

C'est le seul exemple connu de ce qui correspondrait à un cristal dans un espace bidimensionnel, ce qui contredit en apparence le théorème de Mermin-Wagner stipulant l'impossibilité d'un tel cristal. En fait, la présence de déformations dans la troisième dimension (vagues d'un demi-nanomètre de haut) permettant d'absorber l'énergie d'agitation thermique permettrait d'expliquer la stabilité du cristal.

Graphène

Relation entre graphène et graphite (il faut éliminer les atomes bleus).

Défaut dans une feuille de graphène obtenue par voie épitaxiale

Propriétés électroniques

Le fait d'être monoplan lui confère des propriétés électroniques et quantiques particulièrement intéressantes, par exemple des réalisations des propriétés relativistiques de la théorie de Dirac.