Recherche à propos du graphène

Papers for Scientific projects and journals[pic 2]

Groupe ESAIP – 18 rue du 8 mai 1945, CS 80022 49180 St Barthélémy d’Anjou Cedex

B.DUCROS, M.ZHAO, M.LEVESQUE

ABSTRACT

Graphene is a material consisting of a single atom thick discovered recently. It was the result of isolation of a single atom layer among others which constitute the graphite.

This material has fascinating properties. It has a tensile strength 200 times higher than steel, although 6 times lighter. This has naturally attracted the largest companies and researcher’s attention. It is also a better conductor than silicon, the material used to make especially microprocessors for computers, and could revolutionize the technologies of energy storage. This material could revolutionize many areas of research and development as sports, medicine, electronics, and mechanics. [1]

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1. Introduction

A l’heure où la demande en énergie est de plus en plus importante, il devient essentiel de trouver des solutions pour palier à cette croissance. En l’espace de 40 ans les consommations ont considérablement augmenté.

De l'énergie fossile hier à l'énergie renouvelable aujourd’hui, la problématique ne se pose pas uniquement sur la création mais surtout sur le stockage. Des solutions existent mais, chacune d’entre elles ont vite montré leurs limites face à cet accroissement de la demande. En partie due à l'évolution des technologies, le stockage de l'énergie pour alimenter nos téléphones et bientôt nos voitures est devenu un enjeu capital.

Le stockage énergétique a pour objectif d’accumuler une énergie de nature

électrique en vue d’une utilisation ultérieure. L'énergie stockée peut donc :

• Être amovible
• Répondre à une variation de demande
• Servir d’appoint en cas de risque naturel
• Avoir un impact plus faible

Nous nous demanderons donc en quoi le graphène peut-il devenir une solution pour le stockage de l’énergie et s’inscrire dans une démarche de développement durable. Pour ce faire, nous étudierons premièrement de quoi est composé le graphène ; puis dans un second temps nous expliquerons l’importance de sa structure et de ses propriétés dans le stockage de l’énergie ; et finalement nous verrons en quoi le graphène via le stockage de l’énergie peut être un acteur majeur dans le développement durable.

1. Qu’est que le Graphene

1. Découverte du graphène

Ce matériau a été obtenu de façon physique pour la première fois en 2004 par Andre Geim et Konstantin Novoselov. Ces deux chercheurs ont utilisé pour cela un simple bout de scotch et du graphite. Les propriétés incroyables de cette découverte leurs valurent le prix Nobel six années plus tard.

1. Ses propriétés :

1. Propriétés Mécaniques

La stabilité : la théorie prévoit que les cristaux à deux dimensions ne peuvent pas exister, à moins qu’ils soient de taille limitée ou qu’ils contiennent de nombreux défauts cristallins, ce qui n’est pas le cas du graphène. Des Membranes de graphène suspendues ont été réalisées, ce qui démontre la stabilité du graphène même en l’absence de substrat.

La solidité : Dans un cristal de graphène, chaque atome de carbone est relié à ses trois plus proches voisins par l’intermédiaire d’une solide liaison chimique. Cette force de liaison carbone-carbone est responsable par exemple de la dureté du diamant ou des propriétés mécaniques des fibres de carbone. Le graphène est si solide qu'on pourrait poser un crayon sur du graphène et un éléphant sur ce crayon que le graphène ne casserait pas. Cette propriété sera aisément exploitée seul notre imagination pourrait la limiter.

La légèreté : Sa structure bidimensionnelle lui permet d’être extrêmement léger soit une feuille d’un gramme pourrait couvrir la surface d'un terrain de football. Il est aussi beaucoup plus léger qu’un mètre carré de papier, qui est environ 1000 fois plus lourd.

Sa légèreté peut être utilisée par exemple dans le domaine du sport et c'est sûrement ce qui a séduit Novak Djokovic dans l'élaboration de sa raquette de tennis.

La flexibilité : la géométrie planaire du graphène le rend beaucoup plus efficace pour le renforcement des nano-composites. Hors du plan, la membrane de graphène est extrêmement flexible, lui permettant de s’adapter à la plupart des substrats, notamment aux substrats souples. Ainsi, des chercheurs sud-coréens ont mis au point en 2010 le premier écran tactile fabriqué avec du graphène. Pouvant atteindre une taille de 30 pouces, il peut être plié ou roulé sur lui-même.

1. Propriétés électroniques :

La découverte, considérée théoriquement possible par les physiciens théoriciens, montre que les électrons dans le graphène peuvent interagir fortement entre eux. Le comportement est similaire à la supraconductivité observée dans certains métaux et matériaux complexes, marqués par le courant électrique sans résistance. Dans le graphène, ce comportement résulte d’une nouvelle phase « liquide » de matière consistant en des quasi-particules partiellement chargées, et dans lesquelles la charge est transportée sans dissipation.

Les professeurs Eva Andrei et ses collègues de l’université de Rutgers notent que la forte interaction entre les électrons [4], appelée aussi comportement corrélé, n’avait jamais été observée dans le graphène en dépit de nombreuses tentatives pour la mettre en évidence. Cela a conduit certains chercheurs à la question de savoir si le comportement corrélé pourrait être possible finalement dans le graphène, où les électrons sont des particules sans masse (ultra relativistes) comme les photons ou les neutrons. Dans la plupart des matériaux, les électrons ont une masse.

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