Fabrication et applications des dispositifs de graphène fonctionnalisés – FUNGRAPH

Le graphène est un matériau attractif pour détecter électriquement l’adsorption de molécules grâce à sa bonne conductivité électrique et la haute sensibilité de la conductivité à la présence de molécules adsorbées. La difficulté essentielle est la faible réactivité chimique de couches de graphène. Nous proposons deux méthodes pour l’améliorer. La méthode ‘physique’ consiste à nanostructurer le graphène, afin de multiplier les atomes de carbone non saturés en termes de liaisons chimiques. La méthode ‘chimique’ consiste à tapisser la surface de graphène au moyen de molécules dipolaires, sans utiliser de liaisons chimiques fortes, pour fonctionnaliser chimiquement le graphène tout en préservant ses propriétés électriques. Enfin, il sera nécessaire de développer un connectique robuste et applicable à grande échelle sur du graphène produit par méthode CVD, afin de réaliser un grand nombre de dispositifs de détection.

Nous espérons réaliser des couches de graphène fiables sur des grandes surfaces (un enjeu applicatif majeur), et mettre en place une méthodologie de création de dispositifs électriques pour créer des senseurs de gaz.
Les approches de créations de couches de graphène permettant une sensibilité à la détection de molécules reste également à démontrer. Il faut également tester dans quelle mesure les propriétés électriques uniques du graphène sont préservées lorsque celui –ci est modifié pour détecter les molécules. Enfin, des tests de sensibilité doivent être entrepris.

La détection d’espèces chimiques volatiles ultra-sensible a des applications pour la sécurité, la lutte contre la pollution, et la lutte contre le terrorisme. Les nanotubes de carbone sont considérés comme des candidats très intéressants, mais ayant des limites en termes de courant électrique et de mise en œuvre à grande échelle. Les avantages du graphène restent à démonter, et il n’existe pas de solution immédiate. Nous espérons tester ainsi de nouveaux dispositifs à grande potentialité.

A ce jour, 3 publications et 2 présentations a des conférences internationales inter-partenaires ont eu lieu

Nous proposons d'étudier comment des films de graphène nanostructurés peuvent interagir avec des molécules. Le graphène est un conducteur parfait à deux dimensions avec une grande mobilité et grande surface. Une telle mobilité élevée en fait un candidat idéal pour des dispositifs électroniques, mais en raison de son gap électronique nul, les applications en termes de dispositifs actifs sont limitées. Cependant, sa grande surface et son extrême sensibilité aux changements d’environnement électrostatique le rendent attrayant pour les applications en termes de capteurs. Dans ce projet, nous façonnons les propriétés chimiques et électroniques de couches de graphène exfolié et obtenu par CVD, dans le but d’étudier dans quelle mesure les propriétés électriques et optiques sont modifiées et deviennent sensibles à l'exposition aux molécules. Le partenaire coréen a de l'expérience dans la synthèse CVD et les biocapteurs à base de nanotubes de carbone. Les partenaires français ont une expérience dans les études fondamentales des propriétés optoélectroniques du graphène et la synthèse de molécules originales de caractère dipolaire. Notre projet vise à combiner ces compétences pour créer de nouveaux capteurs moléculaires à base de graphène. Une combinaison de nanofabrication, d’études fondamentales, et d’études d'adsorption chimique ouvriront la voie à de nouvelles possibilités d’applications en termes de capteurs d’agents chimiques et biochimiques.