La technologie couche par couche (LbL) appliquée à l’oxyde de graphène
Le graphène est souvent présenté comme un super matériau en raison de sa résistance, de sa finesse, de sa conductivité et de ses propriétés optiques hors du commun. Mais son potentiel atteint un tout autre niveau lorsqu’il est combiné avec d’autres matériaux de natures différentes. Les propriétés du graphène peuvent être modifiées par la création de ces matériaux hybrides. Cette particularité offre aux chercheurs des perspectives nouvelles et prometteuses d’applications et peut également garantir une meilleure intégration du graphène dans les dispositifs. C’est dans cette optique que le Dr Sergio Moya du Centre de recherche coopérative en biomatériaux (CIC biomaGUNE) a lancé, en mars 2014, le projet HIGRAPHEN (Hierarchical Functionalization of Graphene for Multiple device fabrication). En utilisant la technologie couche par couche – un simple procédé pour la fonctionnalisation des surfaces, reposant sur le dépôt progressif de molécules ou de matériaux de charges opposées – il cherchait à développer un procédé générique et polyvalent pour la fabrication de dispositifs hybrides qui combinent le graphène avec des matériaux polymères organiques et inorganiques. «La force motrice qui se cache derrière l’assemblage couche par couche est l’interaction électrostatique entre les composants assemblés», explique le Dr Moya. «Au début, cette technique a été développée pour l’assemblage des polyélectrolytes, c.-à-d. des polymères avec des monomères à charge multiple. Mais depuis, son application a été étendue à différents composants: des polyélectrolytes couche par couche peuvent être associés à des nanoparticules, des lipides, des cellules, de l’oxyde de graphène, etc. Cette polyvalence offre une possibilité à la fois simple et puissante de concevoir des interfaces, tout en évitant les liaisons chimiques covalentes et montre un potentiel dans de nombreuses applications – des membranes de nanofiltration à des dispositifs optoélectroniques, des revêtements intelligents et des systèmes d’administration de médicaments. Le projet a fait un pas en avant en se concentrant en particulier sur la combinaison de l’oxyde de graphène avec des nanoparticules de métal et d’oxyde de métal, ainsi qu’avec des polyélectrolytes, tout en envisageant des applications potentielles dans le stockage de l’énergie et la catalyse. Bien que la technique couche par couche soit largement utilisée dans l’ingénierie des surfaces et dans la production de fines pellicules, l’utilisation de cette technologie par le projet HIGRAPHEN pour assembler des composants hétérogènes avec l’oxyde de graphène est particulièrement innovante. Le Dr Moya et son équipe ont commencé par synthétiser différents nanomatériaux tels que les boîtes quantiques de séléniure de zinc (ZnSe), les nanoparticules magnétiques et les polymères électroactifs comme les polyaminobenzylamines (PABA), avant de les intégrer dans des pellicules couche par couche avec de nombreux composants, notamment l’oxyde de graphène. Par la suite, l’équipe du projet HIGRAPHEN a intégré ces ensembles dans des revêtements et des dispositifs anticorrosifs macroscopiques destinés à des applications optoélectroniques et à la conversion énergétique. «L’un des principaux défis auxquels nous avons dû faire face était d’obtenir une disposition dense d’oxyde de graphène en combinaison avec des polymères. Cela nous a permis de développer différentes approches de revêtement de l’oxyde de graphène et de sa combinaison avec des nanoparticules», explique le Dr Moya. Globalement, le résultat le plus important du projet est la preuve que l’oxyde de graphène peut être assemblé pour créer des composites polymères denses et qu’il peut être facilement intégré à des nanoparticules de métal pour la catalyse. Si le projet HIGRAPHEN doit se terminer en mars 2018, le Dr Moya précise que les partenaires du projet suivent déjà de nouvelles pistes de recherche intéressantes qui reposent sur les résultats du projet, pour la fabrication de dispositifs et des applications catalytiques.
Mots‑clés
HIGHGRAPHEN, couche par couche, graphène, composites, optoélectronique, conversion énergétique, nanomatériaux
