Production de graphène par ablation mécanique – MECAGRAPH

Le graphène est le seul exemple connu de ce qui correspondrait à un cristal dans un espace bidimensionnel : il est constitué de carbone dont l’empilement dans la troisième dimension constitue le graphite. Il a été isolé pour la première fois en 2004. Depuis, du fait de ses propriétés exceptionnelles (conductivité électrique, propriétés mécaniques…) et de ses applications potentielles notamment dans les domaines de la nanotechnologie (nano- microélectronique où il pourrait se substituer au silicium), du photovoltaïque (remplacement des verres ITO), du renforcement mécanique de polymères, etc…, les recherches tant fondamentales qu’appliquées sur ce matériau ont connu une véritable explosion au niveau mondial.
Malgré le nombre important des méthodes de synthèse développées, la synthèse à grande échelle du graphène et few-layer graphene ou FLG (assemblage de feuillets de graphène avec un nombre de couches inférieur ou égale à 60) reste encore confidentielle et nécessite des améliorations significatives en vue d’une utilisation massive de ce matériau dans les applications potentielles prédites par les travaux des laboratoires de recherche. Le graphène, du fait de sa difficulté d’obtention est l’un des matériaux les plus chers à l’heure actuelle et il est d’urgence de développer de nouvelles méthodes de synthèse présentant un meilleur rendement afin d’abaisser le coût du matériau.
C’est dans ce contexte que nous avons mis au point récemment au laboratoire trois nouvelles voies de synthèse de production de graphène dont la dernière nous a permis d’obtenir des rendements dépassant la plupart du temps 20%, atteignant même 60% par rapport au poids du graphite contenu dans le matériau de départ, résultats encore jamais obtenus à ce jour. Signalons également que cette technique n’est absolument pas « énergétivore » et non polluante et donc facilement industrialisable. Cette méthode de synthèse a fait également l’objet de deux demandes de brevets (dont l’un est en cours d’extension),et a permis à une équipe du projet d’être lauréat au concours national « Emergence ».
Le présent projet vise la production du graphène et FLG par deux nouvelles méthodes de synthèse simples et facilement industrialisables afin de permettre son utilisation dans les matériaux grand public tels que les polymères conducteurs et transparents pour le domaine de l’énergie solaire, les composites hautes performances et la catalyse. Dans le dernier domaine, la grande surface spécifique du graphène et FLG pourrait être fortement mise à profit pour permettre une forte dispersion des métaux ou oxydes constituants la phase active. Il est à noter qu’à l’heure actuelle les travaux sur ce domaine sont inexistants et nécessitent des efforts de développement significatifs. Le programme scientifique et technique du projet se décompose en trois parties en accord avec la spécialisation des partenaires engagés dans le projet et conformément avec les objectifs annoncés ci-dessus : (1) Optimisation des méthodes de synthèse, (2) Caractérisations avancées et (3) Applications en catalyse.
Enfin, FIST SA s’attachera tout particulièrement à étudier les deux voies possibles de valorisation : création de société ou licence vers un industriel existant. En effet la voie de la start-up qui mettrait à disposition en quantité importante du graphène pour tester les nombreuses applications potentielles est possible avec un objectif de rachat à assez court terme. Le risque est la frilosité des industriels pour faire confiance à une « jeune pousse » pour la fourniture d’un matériau et l’absence de deuxième source. Une licence vers une société existante permettrait d’éviter cet écueil.