Principes physiques
fondamentaux
L’intérêt du graphène repose sur plusieurs principes physiques fondamentaux qui confèrent à ce matériau ses propriétés exceptionnelles et prometteuses pour de multiples applications, et notamment :
Structure en feuille de carbone :
Le graphène est une structure cristalline composée d’une seule couche d’atomes de carbone disposés en une structure hexagonale régulière. C’est cette structure bidimensionnelle qui confère au graphène ses propriétés uniques.
Conductivité électronique :
Les électrons dans le graphène se déplacent à une vitesse relativement élevée, ce qui confère au matériau une conductivité électronique exceptionnelle. Cette propriété est cruciale pour les applications électroniques et de stockage d’énergie.
Bande de conduction et de valence se chevauchant :
Contrairement à de nombreux semi-conducteurs, le graphène possède une bande de conduction et une bande de valence qui se chevauchent. Cela signifie qu’il n’y a pas de « trou » d’énergie entre les deux, ce qui contribue à sa haute conductivité.
Électronique quantique :
En raison de sa structure bidimensionnelle, le graphène peut exhiber des propriétés quantiques, comme l’effet Hall quantique anormal, ce qui en fait un matériau prometteur pour les applications quantiques et de spintronique (futur des technologies de l’information).
Résistance mécanique :
Malgré sa minceur, le graphène est incroyablement solide et élastique en raison de sa structure en feuille hexagonale et de ses liaisons carbone-carbone robustes. Cela lui confère une résistance mécanique exceptionnelle.
Transparence et conductivité optique :
Le graphène est transparent pour la lumière visible, ce qui en fait un excellent candidat pour les applications d’écrans tactiles, de capteurs optiques et de cellules solaires.
Dissipation thermique :
Le graphène a une conductivité thermique élevée, lui permettant d'être très efficace pour dissiper la chaleur, ce qui est crucial pour les applications électroniques et de refroidissement.
Absorption de molécules :
Le graphène peut adsorber des molécules sur sa surface, idéal pour des applications de détection de gaz, de capteurs et de purification de l’eau.
Flexibilité :
Le graphène est extrêmement flexible tout en étant résistant, ce qui le rend idéal pour les applications d’électronique flexible et les matériaux composites légers.
