Le graphène est le matériel moderne incontournable pour les scientifiques et les ingénieurs qui cherchent à créer toutes sortes de nouveaux appareils électroniques d’aujourd’hui. Des ampoules de lumières ultra-frugales en énergie (petites et grandes), à des cellules solaires super-efficaces, en passant par les écrans souples et beaucoup plus, le graphène est une merveille multi-tâches. Cependant, dans tous ces cas, le graphène dans sa forme originale, des feuilles plates épaisses d’un atome, a dû être utilisé avec des supports et des structures périphériques parce qu’il manque d’une forme solide qui lui est propre. Aujourd’hui, les chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) ont mis au point un moyen de créer des objets 3D à partir de graphène qui ouvre la possibilité de façonner une toute nouvelle gamme d’appareils électroniques innovants.
Pour créer des formes 3D en graphène, les chercheurs devaient d’abord veiller à ce que leur approche soit suffisante pour maintenir l’intégrité de la structure de la matière quand elle a été soumise à une déformation. En tant que tel, l’équipe a utilisé un premier substrat sous-jacent sur lequel ils ont posé un film de graphène qui avait été imbibé de solvant pour le faire gonfler et devenir malléable.
Une fois superposé sur le premier, le solvant s’est évaporé au cours du temps, laissant derrière lui une couche de graphène qui avait pris la forme de la structure sous-jacente. De cette façon, l’équipe a été en mesure de produire une gamme de formes relativement complexes.
« A notre connaissance, cette étude est la première à démontrer l’intégration de graphène sur une variété de différentes géométries microstructurées, y compris des pyramides, des piliers, des dômes, des pyramides inversées, et l’intégration 3D de structures hybrides à base de nanoparticules d’or (AuNPs) /graphène, », a déclaré Sungwoo Nam, professeur adjoint en science et ingénierie mécanique à l’UIUC.
« Nos étapes de gonflement, rétrécissement et adaptation sont optimisés pour minimiser le degré de suspension du graphèse autour des microstructures 3D et faciliter l’intégration 3D réussie. Nous contrôlons le niveau de gonflement du substrat en ajustant le temps d’immersion dans un solvant organique et les rapports de mélange de monomère et de l’agent de durcissement du substrat polydiméthylsiloxane (PDMS) ».
Variant en taille de seulement 3,5 à 50 um, les dimensions des microstructures de graphène développés par l’UIUC les placent en plein milieu d’une gamme d’appareils électroniques, y compris divers types de photodétecteurs, de nano antennes, et d’autres composants sous-miniatures qui étaient autrefois seulement dans le domaine des produits à base de silicium.
Selon l’équipe, ces facteurs, ainsi que la haute mobilité de transport, la chimie inertie, et la biocompatibilité de graphène, signifient que le graphène 3D pourrait être adapté dans des domaines encore plus vastes.
« Nous espérons également que notre nouvelle approche d’intégration 3D facilitera la naissance de classes avancées d’appareils hybrides entre les systèmes microélectromécaniques (MEMS) et les matériaux 2D pour la détection et l’actionnement », a déclaré Sungwoo Nam.
En raison de la fragilité de la minceur du graphène, les méthodes précédentes pour le plier ou le mouler dans des formes complexes ont entraîné la création d’objets inégaux et mal formés, au mieux, et une rupture au pire. En enquêtant sur la nouvelle technique, les chercheurs de l’UIUC ont été rapides en termes de test pour observer le graphène formé par microscopie électronique, microscopie à force atomique, spectroscopie Raman, et mesure de la résistance électrique afin de confirmer qu’il maintenait sa forme et sa consistance après sa formation.
http://engineering.illinois.edu/news/article/11255
