Graphène

Le graphène est un cristal de carbone plat dont l’épaisseur est celle d’un atome. Sa structure est une composition de cellules hexagonales, comme la coupe de nids d’abeilles, qui lui confèrent des propriétés électroniques sans égales.

Pour les chimistes c’est une molécule aromatique mais il devient un remplaçant idéal au silicium pour les fabricants de composants électroniques. Les nanotubes ont des parois très fines réalisées en graphène ce qui en fait aussi un matériau de base pour les nanotechnologies.

Les découvreurs du Graphène, Andre Geim et Konstantin Novoselov, deux chercheurs russes travaillant en Angleterre ont reçu le prix Nobel de physique 2010 pour tous leurs travaux sur ce matériau.

Vidéo des applications du graphène

Graphène en application

Formes dérivées

Le graphite est physiquement une superposition de couches de graphène.
Le fullerène est une structure dérivée du faite  de pentagones qui lui donnent une forme sphérique.
En insérant des pentagones de façon à obtenir une forme cylindrique, on produit des nanotubes.

Propriétés

Le graphène est extrêmement conducteur à température ambiante. Exempt de bruit, il convient à la fabrication de circuits intégrés. Sa résistivité est inférieure de 35% à celle de l’argent. Sa conductibilité de 200.000 cm2/V.s est 140 fois celle du silicium et le double de celle des nanotubes.
Malheureusement, une fois appliqué sur une support, la conductibilité observée en laboratoire s’est trouvée divisée par 5.
C’est un très bon dissipateur thermique.
On peut l’utiliser comme senseur dans la détection de molécules, elles sont absorbées par la surface du graphène et l’on les identifier en mesurant les modifications de conductibilité électrique qui sont en relation avec le type de molécules présentes.

Le graphène est thermoélectrique ce qui signifie qu’en chauffant il produit un courant. On peut donc en éclairant un substrat de graphène produire de l’électricité. Plus précisément, en pointant un faisceau laser, on crée une différence de température entre deux zones ce qui induit un déplacement d’électrons.
Cela à température ambiante, ce qui offre des applications en nombre infini.

Applications

Des processeurs à 100 Ghz

La vitesse actuelle des processeurs dépasse rarement les 3 GHz (giga hertz). Dans le numéro de février 2010 du journal Science, on apprend que des chercheurs d’IBM ont mis en oeuvre des transistors fonctionnant à la vitesse de 30 GHz (giga hertz), et ont extrapolé qu’ils pourraient fonctionner à 100 GHz, soit cent fois plus vite que la vitesse des transistors à silicium.
Il y a des chances pour que l’avenir des processeurs passe par ce matériau.

Le 9 juin 2011, IBM a annoncé avoir réalisé un circuit intégré basé sur des transistors en graphène. On avait déjà réalisé de tels transistors, mais c’est la première fois que l’on construit un circuit complet et fonctionnel. Il n’a qu’une fréquence de 10 Ghz, mais c’est quatre fois plus que les circuits en silicium.
Un processus de fabrication complexe est mis en oeuvre pour protéger le graphène, extrèmement ténu, durant l’assemblage des éléments du circuit.
Mais une fois assemblé, le circuit peut supporter une température de 127°, ce qui devrait le rendre économique en production.

On n’attend pas de tels circuits dans le commerce avant quelques années. Cependant une récente expérience de l’université de Cambridge va les rendre parfaitement commercialisable.

Désalinisation

Le graphène a la propriété de créer des structures dont la forme est parfaitement controlée et donc de créer par exemple des filtres dont les trous ont exactement la taille désirée. Ils peuvent donc avoir la taille d’une simple molécule d’eau.
Cette propriété a été utilisée par les chercheurs du MIT pour créer un procédé de désalinisation  1000 fois plus rapide que le procédé classique communément utilisé d’osmose inversée. Dans tous les cas on sépare le sel de l’eau, mais avec un tel filtre cela devient infiniment plus facile!

Une imprimante à jet d’encre pour imprimer des circuits électroniques

Les chercheurs de l’Université de Cambridge ont filtré du graphite pour produire un liquide chargé en polymères conducteurs.

Ils ont alors imprimé des circuits qui ont la particularité d’être transparents et flexibles, du fait de leur extrême minceur, ce qui permettra d’envisager des applications nouvelles. Mais surtout ces circuits sont assez rapide pour se mesurer aux processeurs traditionnels, grâce aux qualités du graphène, ce qu’avait déjà démontré IBM.

Production

On crée le graphène à partir du graphite. On a déjà obtenu en laboratoire des feuilles de graphène assez larges pour être visibles à l’aide d’une loupe.
Des chercheurs du Georgia Tech ont en mars 2006 construit un transistor entièrement en graphène.
Il reste à passer du procédé de création par exfoliation du graphite à une méthode qui recouvrirait une surface de céramique ou autre support, d’une couche de graphène.
L’utilisation d’une double couche de graphène améliore ses propriétés sur un substrat, notamment la pureté du signal qu’il transporte.
Une autre voie consiste à supprimer le support, le graphène seul prenant une forme de tôle ondulée qui lui confère une certaine rigidité.
Il faudra plusieurs années pour voir le graphène présent dans les composants des appareils en ventes en magasins.

Récemment, une université japonaise a annoncé être parvenue à produire du graphène à partir d’un substrat de silicone.
Cela ouvre à la voie à l’utilisation massive du graphène dans l’électronique.

Références:

  • Gg

    Bonjour, vous n’avez pas un problème avec les échelles par hasard ? Des processeurs actuel de 3 Mhz ??? C’est plutôt 3 Ghz !!!…                                                                                                                                                                                     »
    Des processeurs à 100 mhz

    La vitesse actuelle des processeurs dépasse rarement les 3 MHz (mega
    hertz). Dans le numéro de février 2010 du journal Science, on apprend
    que des chercheurs d’IBM ont mis en oeuvre des transistors fonctionnant à
    la vitesse de 30 GHz (giga hertz), et ont extrapolé qu’ils pourraient
    fonctionner à 100 GHz, soit cent fois plus vite que la vitesse des
    transistors à silicium. » 

  • Webmaster

    Vous avez raison, comme c’était écrit par ailleurs dans le paragraphe, c’est  bien en Giga Hertz que l’on évalue la vitesse des  processeurs actuels.