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23 Avr, 2018

Les chercheurs du MIT développent un processus de fabrication évolutif pour les feuilles de graphène

Les chercheurs du MIT développent un processus de fabrication évolutif pour les feuilles de graphène

Parmi les cas d’utilisation presque illimités du graphène à l’échelle commerciale, il y a la filtration. Les ingénieurs du MIT affirment qu’ils ont maintenant développé un processus de production évolutif pour des membranes de filtration au graphène précisément adaptées, qui pourraient avoir une action dans le dessalement, la séparation biologique et d’autres applications.

Le graphène est un allotrope de carbone transparent ultraléger, ultra-résistant, super-conducteur qui ressemble à un treillis de fil de poulet au niveau atomique, ce qui le rend imperméable au plus petit des atomes – l’hélium. Ainsi, avec des trous de bonne taille placées sur cette feuille, le graphène peut être adapté pour filtrer des molécules spécifiques très efficacement.

Le problème a toujours été de fabriquer ces foutus trucs, en particulier à n’importe quelle échelle, parce que le graphène doit être cultivé dans des conditions très particulières. Et c’est ce que craint une équipe du MIT, utilisant une approche roll-to-roll qui produit déjà jusqu’à 10 m de graphène continu à la fois, à une vitesse de 5 cm par minute.

Le procédé utilise un dépôt chimique en phase vapeur, en enroulant une longueur de feuille de cuivre entre deux rouleaux et en la faisant passer lentement à travers deux tubes. Le premier tube chauffe la feuille à une température idéale, et dans la seconde, un rapport spécifique de méthane et d’hydrogène gazeux est pompé. Lorsque ce mélange de gaz frappe la feuille chauffée, le graphène commence à se former.

«Le graphène commence à se former sous forme de petites îles, puis ces îles se développent pour former une feuille continue», explique John Hart, professeur agrégé de génie mécanique et directeur du Laboratoire de fabrication et de productivité du MIT. «Au moment où il sortira du four, le graphène devrait couvrir entièrement la feuille en une seule couche, un peu comme un lit de pizza continu ».

Système de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) roll-to-roll sur mesure du MIT pour la production de graphène

Une fois enroulée sur la deuxième bobine, la feuille revêtue de graphène est coulée avec un treillis de polymère, et la feuille de cuivre est gravée pour libérer le graphène.

« Si vous n’apportez pas de support au graphène de manière adéquate, il s’enroulera sur lui-même », explique l’auteur principal Piran Kidambi, un ancien post-doctorant du MIT qui est maintenant professeur assistant à l’Université Vanderbilt. « Donc, vous décapez le cuivre par le dessous et avez le graphène directement soutenu par un polymère poreux – qui est essentiellement une membrane. »

L’équipe a testé les membranes de graphène en y faisant passer de l’eau, des sels et d’autres molécules, et a trouvé que les performances du matériau étaient « comparables à celles des membranes de graphène fabriquées en utilisant des approches conventionnelles en petits lots ».

Alors que la procédure de moulage de polymère est actuellement effectuée à la main, l’équipe pense qu’elle pourrait éventuellement être incorporée dans un système de roulage, rendant la procédure encore plus rapide et plus automatisée.

http://news.mit.edu/2018/manufacturing-graphene-rolls-ultrathin-membranes-0418

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b00846