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Bientôt des écrans plats bon marché grâce aux nanotubes et au graphène ?

ActualitéClassé sous :physique , technologie , G-CNT

Dans un laboratoire californien, une équipe a mis au point un nouveau matériau hybride, le G-CNT, formé de nanotubes de carbone et de graphène. Transparent et peu coûteux, il remplacerait avantageusement l'ITO, aujourd'hui indispensable aux écrans plats mais menacé par la pénurie d'indium. Il pourrait aussi servir pour des cellules photovoltaïques.

Deux images d'une plaque de graphène obtenue à l'hydrazine à l'Ucla, en novembre 2008. Celle du haut a été réalisée à l'aide d'un microscope à force atomique et celle du bas avec un microscope électronique à balayage. © Vincent Tung, Matthew Allen, Adam Stieg

Les recherches vont bon train pour résoudre la crise de l'indium. Pour ce métal très rare, bon conducteur d'électricité et transparent en couches minces, l'industrie a trouvé plusieurs applications, en particulier les cellules photovoltaïques et, surtout, les écrans plats. Les électrodes transparentes qui alimentent les éléments d'affichage sont faits d'oxyde d'indium dopé à l'étain (ou ITO, indium-tin oxyde). Des téléviseurs aux appareils photo sans oublier les téléphones et les GPS, la demande en indium a explosé et les gisements de ce métal découvert il y a à peine plus d'un siècle sont au bord de l'épuisement.

Deux solutions s'offrent à l'électronique mondiale : la récupération de ce métal dans les écrans usagés et son remplacement par un matériau nouveau. Les deux voies sont aujourd'hui explorées et des points sont marqués des deux côtés. Les nanotubes de carbone, dont les applications n'en finissent pas de se multiplier, figurent au rang de bons candidats. Conduisant bien l'électricité et s'utilisant en quantités extrêmement faibles, ils peuvent faire de bonnes électrodes transparentes.

Le graphène, lui aussi, est à considérer car ce feuillet monoatomique de carbone est un excellent conducteur électrique. Son principal défaut est une complexité de fabrication qui en fait aujourd'hui une curiosité de laboratoire plutôt qu'une potentialité industrielle, alors que les nanotubes, eux, se laissent plus facilement apprivoiser.

Le G-CNT est composé de nanotubes de carbone (CNTs) reliant entre elles des plaques de graphène. © Yang Yang et al.

Un hybride prometteur

En novembre 2008, une équipe de l'Ucla (Université californienne de San Diego), menée par Yang Yang avait changé la donne en mettant au point un procédé simple pour fabriquer du graphène, différant radicalement des deux méthodes connues jusque-là. Il consiste à partir d'oxyde de graphite (le graphite est constitué de feuilles de graphène) que l'on traite à l'hydrazine, un composé azoté (NH2-NH2). La réaction est une réduction, au sens chimique du terme. L'oxygène s'en va, il reste du graphène.

La méthode produit des feuillets de graphène de 20 par 40 microns, c'est-à-dire bien plus grands que par les autres procédés. De plus, ces feuillets montrent une grande conductivité électrique.

La même équipe annonce aujourd'hui de nouveaux résultats. Les chercheurs ont eu l'idée d'associer ce graphène aux nanotubes de carbone pour combiner leurs avantages et obtenir un matériau qui est à la fois très transparent et excellent conducteur. Les deux matières premières sont toutes deux mises en solution dans l'hydrazine et le résultat est un matériau hybride, composé de nanotubes plaqués sur les surfaces de graphène.

Avec ce composé, baptisé G-CNT (pour graphene - carbon nanotube), l'équipe, qui décrit son travail dans Nanoletters, a réalisé en guise de démonstration une cellule photovoltaïque réalisée en polymères, où ce nouveau matériau sert d'électrodes. Ce genre de cellules solaires, qui offre l'avantage de la souplesse, est un autre thème de recherche du laboratoire de Yang Yang.

Son rendement est très faible mais l'important était de montrer l'intérêt du G-CNT pour ce genre de réalisation. La démonstration vaut aussi pour les écrans plats, faisant de ce matériau nouveau et industrialisable un excellent candidat au remplacement de l'ITO...

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