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L’Université Rice crée un matériau hybride graphène/nanotube qui pourrait redéfinir l’électronique et le stockage d’énergie

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Quoi de plus cool que le graphène ou les nanotubes de carbone ? Le nouveau matériau de l’Université Rice composé de forêts de nanotubes de carbone cultivés sur feuilles de graphène, bien sûr !

Cet hybride graphène/nanotube est aussi génial que ça en a l’air ; nous parlons d’un matériau qui pourrait être la meilleure interface d’électrode possible, révolutionnant potentiellement à la fois le stockage d’énergie (batteries, supercondensateurs) et l’électronique.

Pour créer le matériau hybride, le James Tour Group de l’Université Rice a commencé avec un substrat de cuivre recouvert d’une seule couche d’atomes de carbone (graphène). À partir de là, le processus est un peu mystique – on dirait qu’ils placent un mélange d’oxyde d’aluminium et d’un « catalyseur de fer » sur le graphène, et chauffent le tout dans un four. En quelques minutes, des gratte-ciel de nanotubes de carbone surgissent du graphène.

Procédé de matériau hybride graphène/nanotube

Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessous, nous parlons littéralement d’une feuille de graphène avec des nanotubes de carbone qui poussent vers le haut – jusqu’à une distance de 120 microns (0,12 mm), ce qui est vraiment assez impressionnant à cette échelle. Si nous l’élevions à de vrais arbres, ils s’élèveraient dans l’espace. Comme vous pouvez le voir sur l’image en haut de l’histoire, la forêt de nanotubes de carbone est également très dense. La chose la plus importante, cependant, est que les liaisons entre le graphène et les nanotubes sont complètement transparentes – en ce qui concerne les électrons, il n’y a absolument aucune résistance lors de la transition entre le graphène et le nanotube.

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Une simulation du matériau graphène/nanotube de carbone, montrant les liaisons carbone covalentes

Pourquoi est-ce important? Parce que ce matériau hybride a une surface ridiculement vaste : un seul gramme du nouveau matériau a une surface de 2 000 mètres carrés (21 500 pieds carrés) – un demi-acre du matériau le plus conducteur au monde. En matière de stockage d’énergie, il y a une corrélation directe entre la densité d’énergie et la surface des électrodes – ce nouvel hybride graphène / nanotube pourrait entraîner des batteries beaucoup plus petites ou des batteries plus grandes qui peuvent faire plus de travail. Lors des tests, l’Université Rice a créé un supercondensateur avec le nouveau matériau qui correspond aux « meilleurs supercondensateurs à base de carbone jamais fabriqués », ce qui est impressionnant car « nous ne sommes pas vraiment un laboratoire de supercondensateurs, et nous avons quand même pu égaler le performance en raison de la qualité de l’électrode.

À l’avenir, la prochaine étape pour des progrès comme celui-ci est la production du nouveau matériau en quantités commerciales. Selon toute vraisemblance, le relais de la recherche passera désormais à des entreprises commerciales, comme Intel, Sony ou Samsung, qui tenteront de développer de véritables composants et batteries utilisant le matériau hybride graphène/nanotube de carbone.

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Document de recherche: doi:10.1038/ncomms2234 – « Un matériau hybride de graphène et de nanotubes de carbone tridimensionnel sans soudure »

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