Le graphène « craque » et révèle sa résistance

Face à l’expertise de nos chercheurs et à une approche brevetée par l’UCLouvain, le graphène a parlé : il dévoile sa résistance et sa ténacité.

Bien que le graphène soit toujours présenté comme le matériau le plus résistant qui soit, cette affirmation résulte d'études fondamentales portant sur des échantillons parfaits ou presque parfaits ou sur des approches statistiques/expérimentales non entièrement significatives en raison de la complexité inhérente aux essais d'une seule couche atomique.

Pour connaître la résistance et la ténacité réelles du graphène, le défi était de taille : comment préparer des échantillons d’une épaisseur d'un seul atome - soit 150.000 fois plus fins qu’un cheveux - mais "grands", avec ou sans fissure, les charger, déterminer sous traction les charges critiques extrêmes et les déplacements associés à la fissuration, répéter l'opération un nombre de fois suffisamment important pour générer des données statistiquement significatives et finalement faire le lien avec les défauts de la microstructure ?

Dans un article publié dans Nature Communications, l’équipe des professeurs Thomas Pardoen (IMMC et membre du Wel Research Institute) et Jean-Pierre Raskin (ICTEAM) explique comment elle a relevé ce défi et partage les résultats qui en découlent.

Les chercheurs ont utilisé une extension de l'approche nanomécanique sur puce brevetée par l'UCLouvain pour pouvoir tester simultanément des centaines de micro- ou nano-échantillons. Les résultats obtenus montrent notamment que :

• la ténacité définitive du graphène monocouche égale à 20J/m2.
  20J/m2 c'est typiquement 20 fois supérieur à une énergie de surface classique ou à l'énergie de rupture d'un matériau fragile comme le silicium, tout en restant bien inférieur à l'énergie de rupture de l'acier simplement à cause de la petite taille qui ne permet pas de dissiper beaucoup d'énergie dans un grand volume.
• le record mondial d'énergie élastique spécifique stockée a été atteint dans cette étude avec du graphène : 6 GJ/m3, soit une énergie élastique spécifique comparable à celle des explosifs TNT !

Cette percée dans la recherche sur la résistance et la ténacité du graphène apporte un éclairage important en vue de l’application de ce matériau dans différentes technologies.

Thomas Pardoen