Le Graphène est meilleur avec des défauts

Molécule de graphène. Illustration: Wikimedia Commons Mpfiz

Le graphène est un matériau bien connu pour sa résistance mécanique bien supérieure à celle de l'acier. Pour l'étudier, les chercheurs du Laboratoire des composites thermostructuraux (CNRS/Université de Bordeaux/CEA/Safran) se sont plus particulièrement intéressés à ses conditions de rupture. Grâce à des simulations de dynamique moléculaire, ils ont pu montrer, contre toute attente, que plus la densité de défauts présents dans le graphène était importante, plus il était difficile de le rompre. Ces résultats, parus dans la revue Science Advances, suggèrent que le contrôle de la cristallinité pourrait permettre de moduler ses propriétés mécaniques.

Depuis sa découverte en 2004, le graphène intéresse tout particulièrement la communauté scientifique pour deux principales raisons. Il pourrait constituer une nouvelle génération de transistors ultra rapides de dimension nanométrique et il possède une résistance à la rupture en traction 200 fois supérieure à celle de l'acier alors qu'il est six fois plus léger. C'est cette propriété qui a attiré l'attention des chercheurs du Laboratoire des composites thermostructuraux, qui ont travaillé en partenariat avec l'Institut des sciences moléculaires de Bordeaux, le Massachusetts institute of technology de Boston (Etats-Unis d'Amérique) et l'Université de Cuernavaca (Mexique).

Le graphène produit par dépôt chimique à partir de la phase vapeur (CVD), est obtenu sous forme polycristalline: il possède des domaines réguliers (cristallins) séparés par des "joints de grain" (défauts). Il peut ensuite être recuit: plus le temps de recuit augmente, plus les cristallites grossissent et moins le matériau présente de défauts. Ses propriétés changent également en fonction des conditions de recuit. Les auteurs ont ainsi tenté de corréler la densité de défauts aux propriétés mécaniques. Pour cela, ils ont réalisé des simulations de dynamique moléculaire sur une série de structures modèles de graphènes, obtenues par une simulation de recuit à haute température. Contrairement à toute attente, ils ont montré que moins le composé présentait de défauts, plus il était facile de le rompre. Cette propriété provient de l'aptitude de ce matériau à former de nombreuses nano-fissures stables et réversibles lorsque la charge est relâchée: ce sont de véritables "pré-fissures". La présence de défauts empêche les nanofissures de se propager retardant ainsi la rupture du graphène.

Ces résultats suggèrent que le contrôle de la résistance à la traction du graphène comme pourrait être obtenu en jouant simplement sur la densité de défauts, à l'instar d'autres propriétés mécaniques mieux connues.

Source : techno-science.net