14/01/2019 - Avances pour la fabrication en série de graphène

Menéame

Traditionnellement, le grafène est produit par traitement du graphite ou par des méthodes de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), chacune conférant des propriétés et des qualités différentes aux matériaux. Bien que la CVD soit une méthode évolutive, elle ne produit que monocouches de graphène de haute qualité destinés à être utilisés dans les semi-conducteurs.

Une équipe de recherche dirigée par le médecin Alex Jouvray de Aixtron Ltd Au Royaume-Uni, il travaille à la Fabrication en série de graphène pour applications commerciales. L’idée est de porter à l’échelle industrielle, de manière rentable, les procédés de fabrication de graphène par CVD et sur plaquettes, tout en maintenant la régularité et une qualité élevée. « Notre objectif est d’établir en Europe une chaîne d’approvisionnement industrielle en graphène qui puisse soutenir ses différentes applications », explique le docteur Jouvray. Les partenaires de ce lot de travaux comprennent un fabricant d’équipements industriels (Aixtron Ltd), des producteurs commerciaux de graphène (Avanzare Innovación Tecnológica S.L., Graphenea SA et Grupo Antolín-Ingeniería SA) et des utilisateurs finaux comme Airbus Operations SL et Aernnova.

Méthodes de production

Les méthodes de traitement du graphène telles que l'exfolation, la sonique et le traitement plasma fragmentent le graphite de manière contrôlée, ce qui entraîne l'obtention d'écailles de graphène. L'exfolation permet de produire des écailles de graphène de très haute qualité, mais ce n'est pas une méthode évolutive au niveau industriel. Par ailleurs, le traitement par plasma et la sonication permettent de produire de grandes quantités d'oxyde de graphène, d'oxyde de graphène réduit et de nanoplaquettes de graphène servant d'additifs pour les plastiques, elles peuvent être incorporées dans des polymères renforcés par le verre ou en béton pour conférer résistance et conductivité thermique. En outre, ces matériaux liés au grafène sont adaptés aux revêtements et aux applications d'impression.

Les chercheurs ont mis au point avec succès une méthodologie pour le dépôt à grande échelle de graphène sur des feuilles, ainsi qu'une technologie de revêtement qui transfère du graphène de haute qualité sur des substrats de grande surface. De même, Avanvere Innovation Technologique S.L. a augmenté la production de grafène à des tonnes par an, ce qui lui permet d'exercer en tant que fournisseur pour d'autres partenaires de Graphene Flagship.

Nouveaux produits basés sur le grafène

Outre les systèmes de production et de dépôt de graphène, un effort considérable a également été consacré à la qualification de produits basés sur le graphène dans un environnement réel. Dans ce contexte, toute une série de produits contenant du grafène ont été commercialisés, tels que des raquettes de tennis, des tapisseries intérieures pour les plafonds automobiles, ainsi qu'une large gamme de matériaux liés au grafène. Le paquet de travail de la production se concentre spécifiquement sur les industries automobile, aérospatiale et optoélectronique.

En ajoutant du grafène à un matériau composé de polymères, les chercheurs ont réussi à développer un plastique retardateur de flamme pour son application potentielle dans les industries automobile et de construction. L'incorporation de ces matériaux intelligents ainsi que des systèmes efficaces de détection des incendies peuvent certainement améliorer la sécurité des bâtiments. En même temps, étant donné le problème urgent des incendies de véhicules routiers, les matériaux ignifugés contribueront à améliorer la sécurité routière.

Le développement de structures renforcées avec du grafène pour les applications aérospatiales revêt également une grande importance, car le grafène confère de meilleures propriétés mécaniques et une plus grande conductivité aux matériaux composites. Ingénieurs et scientifiques d'Airbus Operations, d'Aernova et de Grupo Antolin-Ingénierie SA ont développé un prototype de composant pour aéronefs utilisant des matériaux composites basés sur le grafène qui fournit une protection contre les rayons à faible poids.

Jusqu’à récemment, l’utilisation du graphène était largement limitée à la recherche scientifique. « Dans le lot de travaux Production, le développement du graphène est entièrement porté par l’industrie, et les producteurs de matériaux et d’équipements doivent respecter des protocoles stricts de production et de contrôle qualité », souligne le docteur Jouvray.

Le graphène s’impose rapidement comme le matériau du XXIe siècle, et l’industrie doit suivre le rythme de ses procédés de production. Le docteur Jouvray estime que Graphene Flagship « créera un écosystème porté par l’industrie pour le graphène et ses produits associés, élargissant leurs applications potentielles ».

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