Le graphène est célèbre en tant que matériau à deux dimensions, mais pour tirer le meilleur parti de cet élément, nous avons besoin de le transformer en formes 3D. Maintenant, les chercheurs de la Virginia Tech ont développé une nouvelle façon d’imprimer en 3D des aérogels de graphène avec une résolution beaucoup plus élevée qu’auparavant.
Normalement, le graphène prend la forme d’une feuille de carbone plate d’un simple atome, et bien que cela soit utile dans certaines circonstances, il doit être tridimensionnel pour une utilisation pratique. Le simple empilement de feuilles ne convient pas, car cela diminue sa résistance et ses propriétés électriques, chimiques et optiques uniques. Après tout, vous le retransformez en un gros graphite.
Une forme poreuse appelée aérogel de graphène parvient à conserver la plupart des qualités du graphène 2D sous une forme 3D. L’astuce consiste à garder les couches de graphène séparées les unes des autres, ce que fait l’aérogel en utilisant de l’air piégé dans ses pores. D’autres méthodes ont consisté à utiliser des lasers pour former du graphène en formes 3D, à le comprimer en structures poreuses de type corail et à l’imprimer en 3D sous forme de mousse, soutenue par des nanotubes de carbone.
Le problème avec les aérogels de graphène est que ce n’est pas la chose la plus facile à mouler dans les formes requises. Dans le passé, il était extrudé dans des filaments aussi fins que 100 micromètres, mais des détails plus fins étaient hors de portée. La nouvelle étude visait à améliorer cette résolution.
« Avec cette technique, il y a des structures très limitées que vous pouvez créer car il n’y a pas de support et la résolution est assez limitée, de sorte que vous ne pouvez pas obtenir de facteurs libres », explique Xiaoyu Zheng, auteur de l’étude. « Nous avons fait en sorte que ces couches de graphène soient architecturées dans la forme que vous voulez avec une haute résolution. »
Pour la nouvelle méthode, les chercheurs fabriquent un hydrogel en oxyde de graphène, complété par des feuilles réticulées. Celui-ci est ensuite divisé avec des ultrasons et combiné avec des polymères d’acrylate sensibles à la lumière. L’équipe peut alors utiliser la micro-stéréolithographie par projection – une forme très précise d’impression 3D capable de construire des structures à l’échelle microscopique – pour créer de longues chaînes rigides du polymère, avec de l’oxyde de graphène piégé à l’intérieur. Enfin, le mélange est placé dans un four qui brûle les polymères et laisse l’aérogel de graphène derrière.
Selon l’équipe, cette technique peut être utilisée pour créer du graphène en trois dimensions dans à peu près n’importe quelle forme. La résolution est également beaucoup plus fine – jusqu’à 10 micromètres – ce qui en fait un ordre de grandeur supérieur à ce qui était possible auparavant.
« Nous avons été en mesure de montrer que l’on peut créer une architecture complexe en trois dimensions du graphène tout en préservant certaines de ses propriétés intrinsèques », explique Xiaoyu Zheng. « Habituellement, lorsque vous essayez d’imprimer en 3D du graphène ou de le développer, vous perdez la plupart de ses propriétés mécaniques lucratives trouvées dans sa feuille simple. »
https://vtnews.vt.edu/articles/2018/08/engineering-3dprinted-graphene.html
http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/mh/c8mh00668g
