Voilà donc je vais avoir de la tâche de vous présenter les applications du graphène et je
vais essayer d'insister sur ce que je connais mieux à savoir la production de graphène sur des
grandes surfaces, son report sur des isolants et éventuellement les premières étapes à avoir à
faire pour pouvoir atteindre un peu ces produits là que vous avez déjà présenté ici on a une
image donc du gardien journal britannique qui est très confiance sur l'introduction du graphène
dans les produits du quotidien pour les prochaines décennies alors on a déjà un peu
développé tout ça je vais par entrée plus dans les détails des applications je vais tout de
suite essayer de vous montrer la carte la route la feuille de route à court terme donc après
cette roadmap on est déjà rentré dans l'âge du graphène depuis depuis un an et les premières
applications en fait du graphène vont être celle de l'électronique souple donc aujourd'hui
comme vous avez pu le voir dans la précédente intervention le le la souplesse et la transparence
tout en y en conductance d'ailleurs un papier à la fois souple conducteur et transparent et la
première application en vue donc déjà les premières applications d'écran tactile de papier
électronique sont sont déjà là le point qu'il n'y a pas de produit produit en masse c'est plus
parce que l'iteo pour le moment il y a un produit qui n'est pas cher qui est beaucoup moins qui est
déjà avec une longue histoire de production et qui n'a pas vraiment qui n'est pas au bout de sa route
il peut y avoir une spéculation sur l'indium et pour le moment le coût de l'indium est tel que
en fait la production donc de cet oxy d'indium est déteint et partout dans tous les écrans
plat pour le moment alors le problème c'est que c'est un matériau friable et donc effectivement
pour faire des produits souples qui n'existent pas pour le moment mais qui peuvent assez vite arriver
sur le marché le graffin à sa éventuellement une carte à jouer ensuite on a vu que dans une étape
de 10 de 10 ans environ éventuellement une électronique rapide des détecteurs terraire des
capteurs pourront être une seconde application alors moi je vais essayer de plutôt vous parler de ce
que je fais au laboratoire donc à l'institut NL à Grenoble à savoir la production de graffin sur
des longues grandes surfaces vous savez qu'une en fait une spécialité grenobloise c'est le
silicium sur isolant il n'y a donc une société ici du CEA aujourd'hui qui est une des réussites
françaises en semi-conducteur de ces dix dernières années c'est SOI Tech qui produit de grandes
surfaces et tout va faire jusqu'au 300 millimètres de silicium main sur isolant bien on va essayer
nous de produire très imparfaitement encore aujourd'hui mais à terminer d'une spin-off de
l'institut NL du graffin de qualité qu'on espère la meilleure possible sur des voifères de silicium
et sur d'autres types de subtra. Alors comment on va faire ça donc déjà dans quel environnement
donc le laboratoire est un des plus gros laboratoires de matière qu'on lancait en France donc c'est
un laboratoire du CNRS une unité proche du CNRS qui se trouve sur la presqu'il scientifique de
Grenoble avec un environnement favorable pour l'électronique mais aussi pour la matière qu'on
lancait donc un synchrotron une source de neutrons ici et monothèque de l'autre côté donc on est
bien entouré. Alors le bâtiment d'anociences ici où sont fait les expériences dans le
graffin un bâtiment qui a été inauguré l'an dernier. Donc la production de graffins que
nous on fait en fait on reproduit une technique qui a été découverte en 2009 dans l'université
du Texas le travail de Ronny Hoff qui est la production de graffins sur cuivre. Alors on est
sur une technique de dépôt chimique en phase vapeur et voyez ici reproduit un peu toutes les
techniques de production du graffin dans un deux axes le premier axe concerne le prix concernant une
production de masse et le deuxième axe concerne la qualité en termes de cristallinité et de qualité
électronique du graffin. Donc on voit que le dépôt chimique en phase vapeur qu'on appelle CVD se
trouve à un point optimum à savoir un coût faible et une qualité qui est maintenant comparable
si ce n'est dans certains cas meilleur que l'exfoliation mécanique. Donc ce point-là est
intéressant industriel évidemment. Alors comment on produit ça? Eh bien il faut revenir au départ
au travail de Ronny Hoff qui a en fait l'idée d'utiliser le cuivre plutôt que les matériaux
qui étaient traditionnellement utilisés à savoir le nickel ou l'iridium qu'on a pu voir dans les
présentations précédentes. Le cuivre a deux avantages d'une part c'est le matériau qui a la
plus faible solubilité en carbone c'est-à-dire que si vous regardez ici la solubilité à haute
température du carbone dans divers métaux et bien le cuivre se situe et c'est une échelle
logarithmique ici tout en bas de l'échelle donc à 1020 degrés, 1010 degrés où nous faisons la
croissance du graffin et bien le carbone est absolument insoluble dans le substrat. Il va
couvrir la surface, faire une réaction autolimité de couverture de la surface et absolument pas
pénétrer dans le matériau et ça c'est fondamental parce que quand on va refroidir et bien on va
garder cette couche unique on va pas avoir ségrégation du carbone qui est dissout dans le
matériau comme on a dans beaucoup d'autres matériaux le type de substrat ici. Donc on va avoir une
couche unique et ça c'est très important puisqu'on veut avoir du graffin unique et ensuite éventuellement
l'empiler, le fonctionnaliser mais travailler avec une seule couche. La deuxième chose pour le
cuivre qui est sympathique c'est qu'en fait c'est un matériau sacrificiel. Vous savez tous que les
circuits imprimés aujourd'hui de semi-conducteurs dans votre ordinateur c'est des pistes de cuivre
qui ont été faites par des procédés de scérigraphie et donc il est facile de mettre une
couche de cuivre dans un matériau, une solution d'attaque idoine qui vous enlève en quelques
minutes une couche importante de cuivre et donc là on va pouvoir mettre le substrat de cuivre de
produit sorti du four dans une source tout à fait comparable à celle qu'utilisé pour les productions
de circuits imprimés et retirer donc le graffin, le séparer de sa surface de production et aller
le pêcher avec des techniques qu'on va avoir tout de suite. Alors il y a certains travaux qui
ont suivi ce travail pionnier donc de 2009 de René Ruihoff et qui ont permis finalement de rendre
cette technique intéressante pour les industriels. Très rapidement donc comme on l'a vu Samsung et
l'université de Seule a montré qu'en fait on pouvait il suffisait juste de prendre des feuilles de
cuivre plus larges arrivées à des surfaces très importantes compatibles en tout cas avec un écran
et puis ensuite par des techniques un peu optimisées de croissance que en fait le matériau produit
avait la mobilité électronique dont dans des unités que je détaille pas ici mais comparable aux
matériaux pelés qui était donc qui a fait l'objet de la découverte de Gami Novozelov. Enfin plus
récemment et bien en optimisant aussi cette croissance on peut arriver à des cristaux qui
sont pas encore macroscopiques mais qui ont des tailles qui sont maintenant du centimètre et
ça c'est un travail d'il y a deux ans. Alors le bâti de croissance chez nous il est assez standard
on a ici un tube d'une dizaine de centimètres de diamètre d'une longueur ici de chauffe de 1000
degrés autour de 30 centimètres et là-dedans on va pouvoir couvrir une feuille de cuivre soit au
fond ici comme on a là une petite feuille de 3 centimètres de quelques centimètres carrés ou
vous même allez jusqu'à la feuille à 4 rouler sur les bords en bordure au périphérie du la feuille
de la de le tube de quartz. Ensuite on va injecter ici en amont ici sur le côté à l'aide d'un
ordinateur une composition contrôlée en dans le temps de trois à la mélange de trois gaz la source
de carbone à travers du méthane indiluant inertes l'argon et puis de l'hydrogène qui va être un
point fondamental pour pouvoir supprimer les phases non cristallines du carbone et sélectionner
en uniquement le graphène. Donc si vous avez une feuille de cuivre poly cristalline un standard qui
sortit du four au microscope alors là il se trouve qu'on a pas une petite astuce on a mis ça
sur une plaque chauffante avant et donc on a ainsi pu faire oxyder le cuivre en surface vous voyez que
le cuivre en fait son oxyde est différent suivant son orientation cristalline et donc les dégradés
de couleur ici brune correspondent à des orientations cristallines du cuivre différentes c'est
typiquement de l'ordre de 100 microns ici une feuille de cuivre laminé comme du papier aluminium
mais en cuivre et vous voyez les cristaux de graphène qui protège de la corrosion donc il n'y a pas
eu d'oxycré et parce qu'il y a cet côté imperméable du graphène vous voyez que le graphène pousse de
manière en étoile de chirif là sur ces cristaux là mais sur certaines orientations vous avez plutôt
ici des petits papillons ici aussi et donc là il y a à comprendre vraiment qu'est ce qui l'ouverne
la croissance à l'échelle atomique alors un autre point important c'est qu'il va y avoir de temps en
temps des défauts par le fait que au niveau des joints de grains on je vous ai dit que le cuivre ne
dissolevait absolument pas le carbone le problème c'est que le cuivre n'étant pas monocrystallin on
va avoir des fractures et le carbone va se loger dans ces fractures qu'on va refroidir et bien il va
réprécipiter en surface et générer quelques multicouches donc ça c'est un point qui est un petit
peu limitant et là dessus on a beaucoup travaillé dans le laboratoire pour supprimer ces multicouches
un autre point important c'est que lorsque les cristaux que je vous ai montré ici qui sont très
jointifs on a arrêté la croissance ici en tout début de croissance les cristaux vont grossir et
vont à un moment donné rencontrer le cristau voisin alors qu'est ce qui va se passer on pourrait
penser intuitivement qu'il va y avoir un recouvrement comme des tuiles sur un toit avec un
chevauchement en pratique il n'en est rien il se passe quelque chose d'assez miraculeux c'est
qu'il y a une couture qui se fait pour accommoder le changement de direction cristallographique cette
couture effectivement est un petit défaut mais elle reste tout à fait plane et vous l'avez
absolument est invisible par le microscopie de surface elle est visible au microscopie à transmission
mais c'est en fait à température ambiante pas forcément un défaut très important pour le
graphène à basse température c'est un point de réflexion des zones d'électronie et vous voyez
qu'en fait les joints de grains sont matérialisés par une chaîne de pentagone et d'eptagone qui
zigzagent sur la surface et permettent aux deux cristaux d'accommoder leur changement de direction
alors si maintenant on regarde à l'échelle atomique sur un monocrystal donc ça c'est des
travaux très récents qu'on a obtenu avec le collègue du laboratoire sur le cuivre vous voyez
qu'en fait il y a un petit décalage entre le cristal de graphène qui vient se déposer sur le
cuivre et ce décalage fait exactement des effets de moiré comme ceux que vous avez quand vous mettez
deux rideaux l'un derrière l'autre ou deux cristaux ou deux mailles l'une derrière l'autre vous
avez des effets de résonance qui vous génère en fait une superstructure à plus grande échelle ici
quand vous avez un maillage vous pouvez faire l'expérience d'un maillage hexagonal sur un maillage
carré vous allez obtenir des bandes et si vous mettez deux maillages hexagonaux là sur l'autre pour un
bicouche vous allez obtenir en fait une surstructure hexagonale et on voit très bien ici qu'en fait
ces structures elle a pas d'autant plus grand que l'angle entre les deux objets entre la couche
d'en dessous et la couche du dessus est faible ici on a un angle de six degrés seulement donc vous
voyez qu'on peut vraiment aller voir la petite échelle et en fait les défauts qu'on voit là sont
pas dans le graphène et dans le cuivre sous-jacent le graphène est plus propre et moins défectueux que
le cuivre sur lequel il pousse alors à grande échelle vous avez ici les marches du cuivre et le
graphène dévalle ses marches comme un tapis sur un escalier alors vous avez de temps en temps quand
même quand vous refroidissez des défauts ici en fait le problème vient du fait que là l'expansion
thermique du cuivre et du carbone qui est dessus est différente et de ce problème là vient le fait
que le cuivre va se contracter plus vite que le graphène et donc il va y avoir des plis dans le graphène
ces plis ici par exemple peuvent se former ici comme un plis sur le côté vous voyez ici on construit
le pli sur des grandes distances et que ce pli par d'un effet de moiré aussi va générer ici des
effets de superstructure à grande échelle vous voyez ici le pas qu'on a hexagonal fait des dizaines
de nanomètres des centaines de maïs donc on a en fait un pas qui va se décaler puisque l'angle du
du pli va se décaler alors on a travaillé pas mal sur la croissance comme je vous ai dit et là
c'est un point sur lequel on a eu une contribution c'est le fait que en fait on peut supprimer les
multicouches au centre des points des cristaux de graphène et ce qu'on a trouvé c'est qu'en fait en
lieu de faire une injection continue de méthane de source de carbone pendant la croissance typiquement
pendant une demi heure et bien on va faire des impulsions assez courtes de quelques secondes de
carbone séparée pendant un temps de latence t2 pendant lequel on va ne plus insérer de carbone mais
garder uniquement l'hydrogène alors l'hydrogène en fait va attaquer le cristal de graphène voyez
qu'il va manger les bords ici et en mangeant les bords il va obtenir des cristaux qui vont être moins
aigu mais qui en fait on va aussi appauvrir les zones que je vous ai montré de défauts de colonnaire
de carbone on va appauvrir en carbone à part la présence cette hydrogène et donc qu'on va refroidir
et bien on n'aura plus de précipitation mais on va avoir une couche de graphène qui sera sans les
multicouches puisque le carbone sous-jacente ne va plus s'écriger sous le système et donc ça
ça a une importance puisque voyez ici sur une grande taille si on s'est amusé en fait à gravé
le logo du sénir sur une feuille de graphène voyez que en croissance normale qui est celle
produite partout nos collègues vous avez encore les points de nucléation au niveau des points
de centre des cristaux de graphène et vous voyez en fait qu'ils sont alignés puisque c'est les
rayures de l'amination de la feuille de cuir qui vous génère les points de nucléation vous savez
que les bubbles de champagne émergent au niveau des défauts du verre et bien là c'est pareil les
cristaux de graphène émergent au niveau des infrastructures des rayures de la feuille de cuir
et voyez ici en fait notre technique donc multicou pulsé l'absence de ces multicouches
alors j'ai essayé un petit peu de rentrer dans les détails de ce qui se passe après parce qu'effectivement
c'est pas très intéressant d'avoir du graphène sur un métal on peut pas en faire grand chose
si ce n'est qu'il protège de la corrosion votre cuivre reste brillant comme ça pendant des semaines
vous avez pu besoin de passer le mirror il est tout à fait et c'est d'ailleurs une désapplication
du graphène gardez la une propreté une résistance à la corrosion du métal alors ensuite vous allez
supprimer le cuivre comme je vous ai dit avec cette cette attaque ici voyez qu'on fait un joli
sulfate de cuivre un bleu et puis il faut l'enlever bien sûr pour éviter que ce sel vient
contaminer le silicia donc il y a toute une machine à laver qui est compliquée parce qu'il
faut pas firmer le graphène il faut pas le déchirer et à la fin donc on se retrouve avec cette
couche d'ici qu'il faut l'aminer soit sur du verre soit sur d'autres matériaux comme je vais vous
montrer donc si on arrive à réussir cette étape de laminations qui critique et bien on peut avoir
une substrate qui peut être tout à fait intéressant continue tout à fait propre et sur des tailles
respectables donc on a fait ça sur un grand nombre de matériaux sur des polymères et donc on peut
faire des plastiques très fins ici de 10 microns d'épaisseur qui sont totalement conducteurs et
transparents on peut faire ça sur des électrodes souples ici pour les applications optiques sur
du sapphire ou sur des voifeurs de siliceur bien entendu une application récente ici avec nos
collègues du ceva on est venu remplacer l'idée haut par ce graphène multicouche on a en fait fait trois
dépôt successif pour avoir une résistance faible et voyez ici l'émission de lumière d'une diode
à l'étruire de gallium qui est vue à travers le graphène sur le graphène sert de point de donc
on est comme je vous ai dit sur un point en fait on est une phase de maturation d'une société qui à
ma connaissance et la première société en france que tu produis du graphène sur isolant et peut-être
même du graphène monocouche je ne sais pas alors voyez le point qui en fait guide notre travail
c'est cette cvd pulsé la multicouche présente sur une couche en fait vont s'aggraver quand vous allez
mettre les couches les unes sur les autres puisqu'effectivement le point des points
nucléations étant aléatoires sur la surface vous allez avoir une densité forte qui va
vous introduire des fluctuations de d'homogenité d'opacité que vous pouvez supprimer par cet
amplinement de couches pulsées alors un point qui est important quand je vous ai dit c'est la figure
de mérite en fait à la fois d'avoir une faible conductance de l'ordre de 100 ha par carré ici
et une bonne conductance optique donc la figure de mérite en fait c'est la conductance par carré
c'est à dire la résistance d'un carré de matériaux c'est quelque chose qui a un variant
d'échelle donc on l'appelle en nombre par carré et le nombre de couches ici vous montrent qu'en
fait vous allez gagner assez vite au début parce que les défauts vont être jamais les uns sur
les autres donc vous allez pouvoir guérir les défauts d'avoir une vraiment en une échelle ici
logarithmique un grand gain quand vous allez commencer à déposer les couches et voyez typiquement
avec quatre couches on est de l'ordre sans aucun dopage de l'ordre de 100 par carré pour 92%
de transparence et donc le point ici est sur la courbe qui concerne l'iteo donc voyez qu'en fait
on est on suit l'iteo on est tout à fait donc après je peux vous montrer donc là c'est le point
qui est ici correspondant à cette valeur ici de figure de mérite qui montre qu'en fait donc le
matériau tient l'accord pour pour l'iteo ce sont des matériaux qui est donc polluant à savoir l'indium
alors je vois juste terminer par montrer l'un petit peu les travaux de un peu vers le futur
quand on se supporte voyez que c'est un matériau qui est extrêmement souple et flexible donc on
peut aller en fait couvrir des objets extrêmement rugueux comme par exemple ces aiguilles ici de
silica vous voyez que lorsque les aiguilles sont assez éloignées le matériau va épouser ces aiguilles
avec faire des toiles de tentes ici mais par exemple peut faire sur des aiguilles assez large
un ampliment une couverture conforme par contre lorsque les aiguilles vont être proches typiquement
avec un rapport d'aspect plus petit que un c'est à dire un écartement plus petit que la hauteur
et bien un vélo homme tout à fait suspendu on va pouvoir des coups suspendus alors pourquoi faire
et bien pour ensuite les faire vibrer comme des pots de tambour ces vibrations déjà montrent
que on peut venir couvrir un objet ici qui est en fait une poche d'air si vous faites le vide le
système va se gonfler et cette peau de tambour étant étanche on va pouvoir s'en servir à multiples
usages ça peut être un moyen de pouvoir faire de la biologie notamment nous on s'intéresse plutôt
aux propriétés optiques de ce matériau cette peau de tambour on va la manipuler par un champ
électrique et par une en fait un faisceau laser qui va taper sur cette petite cavité optique donc là
juste pour vous montrer on vient adresser ici par un laser un laser verbe à chauffer ici modulé
dans le temps et un laser de son de rouge va venir mesurer la variation de cette petite peau
dans le temps et voyez qu'en fait on obtient une résonance propre de la peau de tambour autour de
trois mégahertz qui une résonance assez élevée pour un pour un matériau nano mécanique je vais
passer très brièvement sur une autre application ici vous avez des billes d'étain qui vont
de contacter en fait le graffin et chaque bille d'étain à basse température ici obtenu de
manière par reto assemblage par un décoration va de conduire en fait induit à la supraconditivité
dans le graffin et le matériau en fait va pouvoir être tantôt supraconducteur tantôt isolant avec
une tension de grille donc en fait ce matériau c'est un matériau hybride dans lequel vous avez
les propriétés du matériau support qui est le graffin modulation de la conductance et
de la densité de charge avec le champ électrique et le matériau qui vient apporter ses propriétés
qui vient générer une plus-value au graffin qui est la supraconditivité de ces billes d'étain
donc en fait on peut vraiment en quelques voltes sur une grille traverser toute la gamme depuis l'isolant
dix mégons ici jusqu'à moins d'un homme un supraconducteur donc on a un matériau qui n'a pas
de propriété enfin qui n'a pas d'équivalent ailleurs dans la nature une dernière application
sur lequel je vais passer brièvement que quelque chose sur lequel on démarre actuellement de recherche
qui est en fait la croissance de neurones sur graffin et voyez qu'en fait le matériau est
biocompatible et quelque chose de très important c'est qu'en fait non seulement il est biocompatible
mais les neurones poussent mieux sur le graffin que sur tous les autres matériaux habituellement
utilisés pour des croissances neuronales in vitro à savoir le cilis le verre les plastiques
ici voyez qu'en fait après quelques jours de culture au lieu de mourir les les les neurones
suivent voyez ici la bordure il y a du graffin ici du verre là les neurones adorent le graffin et
ils s'agrippent sur les bords et voyez qu'en fait on a une croissance extrêmement prolifique
quelque chose de très important c'est que non seulement on a une croissance mais on peut venir
écouter ce que le disent les neurones à savoir utiliser le graffin sous-jacent comme support de
culture mais aussi comme transistors transparent vous voyez ici le l'influ en fait l'activité
spontanée neuronale qui est mesurée si vous introduisez une toxine qui va s'attaquer au
canot ionique vous avez immédiatement suppression du signal qui vous revient que vous n'êtes pas
ça une activité neuronale un dernier point c'est qu'en fait sur la face arrière vous pouvez utiliser
un microscope inversé qui est le standard pour les biologistes pour pouvoir suivre la croissance
et donc on utilise une deuxième propriété du graffin transparence optique donc là on est face
à une amende de nouvelles applications du graffin qui était difficile à prédire il y a dix ans voilà
mais je vais terminer là dessus.
