Un aperçu des propriétés du graphène

Le graphène est une fine couche bidimensionnelle d'atomes de carbone disposés selon un réseau hexagonal. C'est l'élément de base du graphite (utilisé, entre autres, dans la fabrication des pointes de crayon). Le graphène est une substance remarquable dotée d'un nombre impressionnant de propriétés étonnantes qui lui valent le surnom de « matériau miracle ».

Parmi les propriétés remarquables du graphène, on trouve des comportements mécaniques, thermiques, électriques et optiques uniques. Il est à noter que la plupart de ces caractéristiques sont liées à des feuilles de graphène parfaites et intactes. Des défauts dans le graphène (dont certains proviennent des procédés de production ou des points de connexion de plusieurs petites paillettes de graphène « cousues ensemble », par exemple) peuvent le fragiliser et lui conférer des propriétés très différentes. Cependant, ces défauts peuvent en réalité engendrer des propriétés nouvelles et différentes qui rendent le graphène plus adapté à certaines applications !

Supercellules de graphène

Propriétés physiques / mécaniques

Le graphène est l'un des matériaux les plus fins au monde : son épaisseur ne dépasse pas un atome de carbone (environ 0,34 nm). Il est également reconnu comme le matériau 2D le plus résistant, bien plus dur que l'acier ou le diamant de mêmes dimensions. Sa résistance à la traction (contrainte maximale qu'un matériau peut supporter sous l'effet d'un étirement ou d'une traction avant de se rompre) est supérieure à 1 Tpa. Un seul matériau pourrait être plus résistant que le graphène : le carbyne, une chaîne d'atomes de carbone, soit un ruban de graphène d'un atome de large. Cependant, le carbyne est très difficile à synthétiser.

Batterie à supercondensateur au graphène

Le graphène est léger : il ne pèse que 0,77 milligramme par mètre carré. Étant une feuille 2D unique, il présente la plus grande surface spécifique de tous les matériaux. Laissées à elles-mêmes, les feuilles de graphène s'empilent pour former du graphite, la forme 3D de carbone la plus stable dans des conditions normales.

Les feuilles de graphène sont flexibles et constituent le cristal le plus extensible : on peut l'étirer jusqu'à 20 % de sa taille initiale sans le briser. Enfin, un graphène parfait est également très imperméable, et même les atomes d'hélium ne peuvent le traverser.