Le graphène : le matériau le plus résistant au monde !

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Le graphène : le matériau le plus résistant au monde !

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, Le 22 juillet 2008 à 11h33

Nouvelle illustration des propriétés exceptionnelles de ce matériau découvert en 2004... Selon un groupe de chercheurs de l’Université de Columbia aux Etats-Unis, le graphène présente la plus grande résistance à la rupture parmi tous les matériaux connus à ce jour.

On ne présente plus le graphène, cette couche monoatomique d’atomes de carbone que l’on obtient facilement en séparant les feuillets du graphite. Doué de remarquables propriétés utilisables en électronique, il pourrait un jour détrôner le silicium. On le retrouve aussi dans d’autres matériaux miracles des nanotechnologies, les nanotubes de carbone et les fullerènes.

Les nanotubes sont en effet de simples feuillets de graphène enroulés. On en connaissait déjà la très grande résistance mécanique, au point d'en faire de bons candidats pour le câble d’un hypothétique ascenseur spatial, du type de celui popularisé par Arthur C. Clarke dans Les Fontaines du Paradis.

Aujourd’hui, comme ils l’expliquent dans un article publié dans Science, James Hone, Jeffrey Kysar, Changgu Lee et Xiaoding Wei ont étudié la résistance à la rupture d’un feuillet de graphène à l’aide de la pointe diamantée d’un microscope à force atomique, d’un diamètre de 20 nanomètres. Un tel instrument utilise d'ordinaire une pointe en silicium mais, dans cette expérience, elle se serait brisée bien avant le feuillet de graphène.

Deux tonnes sur une pointe de crayon

Classiquement obtenu par exfoliation du graphite, ce feuillet a été placé sur une lamelle de silicium percée de trous d’un diamètre de 1 à 1,5 micromètre.

La pointe du microsocope à force atomique a ensuite été utilisée pour déformer le feuillet. Il devenait alors possible de mesurer à la fois le rapport entre les forces appliquées et les déformations obtenues, ainsi que le seuil de rupture du graphène. La résistance à la rupture qu'ont mesurée les scientifiques établit un record. Si un film étirable de plastique d’emballage pour aliments possédait la même résistance, il supporterait une masse de deux tonnes sur une pointe de crayon !

Une telle résistance s’explique par l’absence de défauts sur le feuillet de graphène, car c’est surtout de la taille et du nombre de défauts contenus dans un matériau que dépend sa résistance à la rupture. Comme l’expliquent les chercheurs, cette valeur de la résistance servira de référence pour établir les propriétés mécaniques des matériaux contenant du graphène, nanostructures ou composites.

L'équipe s’engage maintenant dans l’étude des propriétés liées à la friction ainsi qu’à la détermination des caractéristiques des forces de Van der Walls entre le graphène et différents substrats sur lesquels il pourrait être déposé.