Les films de carbone tels que le graphène sont des matériaux très légers mais très résistants, présentant un excellent potentiel d'application, mais leur fabrication peut s'avérer difficile, elle nécessite généralement beaucoup de main-d'œuvre et des stratégies chronophages, et les méthodes sont coûteuses et peu respectueuses de l'environnement.
Face à la production massive de graphène et aux difficultés rencontrées dans la mise en œuvre des méthodes d'extraction actuelles, des chercheurs de l'Université Ben Gourion du Néguev en Israël ont développé une méthode d'extraction de graphène « verte » applicable à de nombreux domaines, dont l'optique, l'électronique, l'écologie et la biotechnologie.
Des chercheurs ont utilisé la dispersion mécanique pour extraire le graphène de la striolite, un minéral naturel. Ils ont constaté que l'hypophyllite présente un fort potentiel pour la production industrielle de graphène et de substances similaires.
La teneur en carbone de l'hypomphibole peut varier. Selon cette teneur, l'hypomphibole peut présenter différents potentiels d'application. Certaines variétés peuvent être utilisées pour leurs propriétés catalytiques, tandis que d'autres possèdent des propriétés bactéricides.
Les caractéristiques structurelles de l'hypopyroxène déterminent son application dans le processus d'oxydoréduction, et il peut également être utilisé pour la production de hauts fourneaux et la production de ferroalliages de fonte (à haute teneur en silicium).
Grâce à ses propriétés physiques et mécaniques, sa densité apparente, sa bonne résistance et sa robustesse, l'hypophyllite possède également la capacité d'adsorber diverses substances organiques, ce qui permet de l'utiliser comme matériau filtrant. Elle a également démontré sa capacité à éliminer les particules de radicaux libres susceptibles de contaminer les sources d'eau.
L'hypopyroxène possède des propriétés désinfectantes et purificatrices de l'eau, éliminant bactéries, spores, micro-organismes simples et cyanobactéries. Grâce à ses propriétés catalytiques et réductrices élevées, la magnésie est fréquemment utilisée comme adsorbant pour le traitement des eaux usées.
(a) Image MET à un grossissement de 13 500x et (b) à un grossissement de 35 000x de l’échantillon d’hypophyllite dispersée. (c) Spectre Raman de l’hypophyllite traitée et (d) spectre XPS de la raie du carbone dans le spectre de l’hypophyllite.
Extraction du graphène
Pour préparer les roches à l'extraction du graphène, les deux chercheurs ont utilisé un microscope électronique à balayage (MEB) afin d'examiner les impuretés de métaux lourds et la porosité des échantillons. Ils ont également appliqué d'autres méthodes de laboratoire pour vérifier la composition structurale générale et la présence d'autres minéraux dans l'hypomphibole.
Une fois l'analyse et la préparation des échantillons terminées, les chercheurs ont pu extraire du graphène de la diorite après avoir traité mécaniquement l'échantillon provenant de Carélie à l'aide d'un nettoyeur à ultrasons numérique.
Comme cette méthode permet de traiter un grand nombre d'échantillons, il n'y a aucun risque de contamination secondaire et aucune méthode de traitement d'échantillons ultérieure n'est nécessaire.
Les propriétés exceptionnelles du graphène étant désormais largement connues de la communauté scientifique, de nombreuses méthodes de production et de synthèse ont été mises au point. Cependant, nombre d'entre elles sont soit des procédés en plusieurs étapes, soit nécessitent l'utilisation de produits chimiques et d'agents oxydants et réducteurs puissants.
Bien que le graphène et d'autres films de carbone aient démontré un fort potentiel d'application et connu un succès relatif en recherche et développement, les procédés utilisant ces matériaux sont encore en développement. L'un des principaux défis consiste à rendre l'extraction du graphène rentable, ce qui implique que la mise au point d'une technologie de dispersion adéquate est essentielle.
Cette méthode de dispersion ou de synthèse est laborieuse et peu respectueuse de l'environnement, et la robustesse de ces technologies peut également engendrer des défauts dans le graphène produit, réduisant ainsi la qualité excellente attendue du graphène.
L'utilisation de nettoyeurs à ultrasons dans la synthèse du graphène élimine les risques et les coûts associés aux méthodes chimiques et à étapes multiples. Son application à l'hypophyllite, un minéral naturel, a ouvert la voie à une nouvelle méthode de production de graphène respectueuse de l'environnement.
Date de publication : 4 novembre 2021
