GraphèneLe graphène est un matériau bidimensionnel cristallin, forme allotropique du carbone dont l'empilement constitue le graphite. Cette définition théorique est donnée par le physicien en 1947. Par la suite, le travail de différents groupes de recherche permettra de se rendre compte que la structure du graphène tout comme ses propriétés ne sont pas uniques et dépendent de sa synthèse/extraction (détaillée dans la section Production).
Oxyde de graphiteL'oxyde de graphite, autrefois appelé oxyde graphitique ou acide graphitique, est un composé inorganique de carbone, oxygène et hydrogène dans des ratios atomiques variables. Il est obtenu en traitant du graphite avec des oxydants forts. Le produit le plus oxydé est le solide jaune avec un ratio C:O entre 2,1 et 2,9 qui conserve la structure en couche du graphite mais avec des espaces intercouches beaucoup plus larges et irréguliers.
NanoparticuleUne nanoparticule est selon la norme ISO TS/27687 un nano-objet dont les trois dimensions sont à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à environ. D'autres définitions évoquent un assemblage d'atomes dont au moins une des dimensions se situe à l'échelle nanométrique (ce qui correspond au « nano-objet » tel que défini par la norme ISO précitée) ou insistent sur leurs propriétés nouvelles (dues au confinement quantique et à leur surface spécifique) qui n'apparaissent que pour des tailles de moins d'une centaine de nanomètres.
Potential applications of graphenePotential graphene applications include lightweight, thin, and flexible electric/photonics circuits, solar cells, and various medical, chemical and industrial processes enhanced or enabled by the use of new graphene materials. In 2008, graphene produced by exfoliation was one of the most expensive materials on Earth, with a sample the area of a cross section of a human hair costing more than 1,000asofApril2008(about100,000,000/cm2). Since then, exfoliation procedures have been scaled up, and now companies sell graphene in large quantities. Membrane (chimie)Une membrane est une structure de faible épaisseur, relativement à sa taille, séparant deux milieux en empêchant toute la matière dans le cas de certaines membranes biologiques, ou seulement une partie de la matière de passer de l'un à l'autre des milieux en fonction de la largeur de ses pores et de son épaisseur. Le concept de membrane date du , mais n’a été utilisé, pour les membranes synthétiques, massivement en dehors des laboratoires qu'à partir de la seconde guerre mondiale.
Carbone dérivé de carburesLe carbone dérivé de carbures, ou , est une désignation générique pour les matériaux carbonés issus de carbures précurseurs, qu'ils soient binaires, comme le carbure de silicium SiC et le carbure de titane TiC, ou ternaires, comme les phases MAX et . Des matériaux CDC ont également été produits à partir de céramiques issues de polymères, comme Si–O–C et Ti–C, et de carbonitrures comme Si–N–C. De tels matériaux peuvent présenter des structures très variables, aussi bien amorphe que cristallisée, avec des hybridations sp et sp, ainsi qu'une texture fortement poreuse ou entièrement compacte.
Graphene nanoribbonGraphene nanoribbons (GNRs, also called nano-graphene ribbons or nano-graphite ribbons) are strips of graphene with width less than 100 nm. Graphene ribbons were introduced as a theoretical model by Mitsutaka Fujita and coauthors to examine the edge and nanoscale size effect in graphene. Large quantities of width-controlled GNRs can be produced via graphite nanotomy, where applying a sharp diamond knife on graphite produces graphite nanoblocks, which can then be exfoliated to produce GNRs as shown by Vikas Berry.
Dépôt chimique en phase vapeurvignette|Schéma d'un CVD Le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglais chemical vapor deposition) est une méthode de dépôt sous vide de films minces, à partir de précurseurs gazeux. La CVD est un procédé utilisé pour produire des matériaux solides de haute performance, et de grande pureté. Ce procédé est souvent utilisé dans l'industrie du semi-conducteur pour produire des couches minces. Dans un procédé CVD typique, le substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs en phase gazeuse, qui réagissent et/ou se décomposent à la surface du substrat pour générer le dépôt désiré.
Bilayer grapheneBilayer graphene is a material consisting of two layers of graphene. One of the first reports of bilayer graphene was in the seminal 2004 Science paper by Geim and colleagues, in which they described devices "which contained just one, two, or three atomic layers" Bilayer graphene can exist in the AB, or Bernal-stacked form, where half of the atoms lie directly over the center of a hexagon in the lower graphene sheet, and half of the atoms lie over an atom, or, less commonly, in the AA form, in which the layers are exactly aligned.
NanomatériauUn nanomatériau est un matériau (sous forme de poudre, aérosol ou quasi-gaz, suspension liquide, gel) possédant des propriétés particulières à cause de sa taille et structure nanométrique. Les nanomatériaux sont habituellement issus de la nanotechnologie, à la différence des nanoparticules qui peuvent être d'origine naturelle ou résulter de processus tels que le soudage, le fumage, le polissage. Le , la Commission européenne publie ses recommandations relatives à la définition des nanomatériaux (recommandation 2011/696/UE) : .
Membrane synthétiquevignette|Schéma d'une membrane. Une membrane synthétique est une membrane agissant comme un filtre dans des procédés industriels ou des expériences biochimiques. Une membrane est une couche de matériau servant de filtre entre deux phases, imperméable à certaines particules, molécules ou substances dans certaines conditions. Certains composant peuvent traverser la membrane par le flux d'imprégnation, tandis que d'autres ne passent pas et s'accumulent dans le flux de retenue.
Dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasmathumb|Équipement de PECVD. Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD, pour Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition en anglais) est un procédé utilisé pour déposer des couches minces sur un substrat à partir d'un état gazeux (vapeur). Des réactions chimiques se déroulent au cours du processus après la formation d'un plasma à partir des gaz du réacteur. Le plasma est généralement créé à partir de ce gaz par une décharge électrique pouvant être générée à partir de sources radio-fréquences (13,56 MHz), micro-ondes (2,45 GHz) ou par une décharge électrique continue entre deux électrodes.
Lacune (cristallographie)right|thumb|Une lacune dans un cristal En cristallographie, une lacune est un type de défaut ponctuel du cristal dû à l'absence d'un atome sur un site normalement occupé. La présence de lacunes permet (entre autres) d'expliquer les phénomènes de diffusion dans les matériaux. Son observation directe a été obtenue par quelques techniques de microscopie mais la caractérisation pratique de ces défauts ne se fait généralement qu'à travers ses effets sur les matériaux : changement de dimension, distorsion du réseau cristallin, modifications des propriétés électriques.
TwistronicsTwistronics (from twist and electronics) is the study of how the angle (the twist) between layers of two-dimensional materials can change their electrical properties. Materials such as bilayer graphene have been shown to have vastly different electronic behavior, ranging from non-conductive to superconductive, that depends sensitively on the angle between the layers. The term was first introduced by the research group of Efthimios Kaxiras at Harvard University in their theoretical treatment of graphene superlattices.
Membrane hémi-perméableSemipermeable membrane is a type of biological or synthetic, polymeric membrane that will allow certain molecules or ions to pass through it by osmosis. The rate of passage depends on the pressure, concentration, and temperature of the molecules or solutes on either side, as well as the permeability of the membrane to each solute. Depending on the membrane and the solute, permeability may depend on solute size, solubility, properties, or chemistry. How the membrane is constructed to be selective in its permeability will determine the rate and the permeability.
Matériau bidimensionnelUn matériau bidimensionnel, parfois appelé matériau monocouche ou matériau 2D, est un matériau constitué d'une seule couche d'atomes ou de molécules. Depuis l'isolement du graphène (une seule couche de graphite) en 2004, beaucoup de recherches ont été réalisées pour isoler d'autres matériaux bidimensionnels en raison de leurs caractéristiques inhabituelles et pour une potentielle utilisation dans des applications telles que le photovoltaïque, les semi-conducteurs et la purification de l'eau.
Dépôt physique par phase vapeurvignette|Montage expérimental d’une évaporation par dépôt chimique vapeur Le dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour l'anglais physical vapor deposition) est un ensemble de méthodes de dépôt sous vide de films minces : Évaporation directe : Évaporation sous vide (ou évaporation) Évaporation par faisceau d'électron en phase vapeur (angl. electron beam evaporation) Pulvérisation cathodique (sputtering) : les particules de métal sont séparées de leur substrat par bombardement ionique.
Défaut cristallinvignette|Défauts ponctuels vus au MET (a, atome de S substitué par Mo) et lacunes (b, atomes de S manquants). Echelle barre: 1 nm. Un 'défaut cristallin' est une interruption de la périodicité du cristal. La périodicité d'un cristal représente la répétition régulière des positions atomiques dans les trois directions de l'espace. Les motifs réguliers sont interrompus par des défauts cristallographiques. Ils peuvent être ponctuels (dimension 0), linéaires (dimension 1), planaires (dimension 2) ou volumiques (dimension 3).
Electron beam physical vapor depositionvignette|Evaporateur métallique « E-gun » utilisé au centre de recherche « Thales Research & Technology » du milieu des années 80 jusqu’en 2004 pour l’évaporation des sandwichs métalliques de contact ohmique et de grille. L’évaporation par faisceau d’électrons (aussi évaporation par faisceau électronique ; en anglais : Electron-beam physical vapor deposition / EBPVD, aussi simplement electron-beam evaporation) est une forme de dépôt physique en phase gazeuse, plus spécifiquement d’évaporation sous vide, dans laquelle une anode cible sous vide poussé est bombardée par un faisceau d’électrons émis par un canon à électrons.
Dépôt sous videvignette|Chambre à vide de l'Observatoire du Mont Mégantic utilisée pour la re-aluminisation des miroirs de télescopes. Le dépôt sous vide est une technique de fabrication de couche mince : on cherche à déposer une couche de métal (la plupart du temps) sur une lame de substrat solide (verre ou silicium par exemple). On y utilise le principe physique qui veut que, à très basse pression, les molécules (généralement monoatomiques) de vapeur d'un métal se déplacent avec très peu de risque de collision avec d'autres molécules : le gaz métallique se trouve projeté sur le substrat sans être freiné par les phénomènes de diffusion, et sans risque d'oxydation.
