Amaia Zurutuza Elorza Grapheneako zuzendari zientifikoa

“J'espère que les applications de graphène seront sur le marché avant que la société perde l'intérêt»

2018/11/30 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

L'ère des matériaux bidimensionnels arrive en technologie. Le graphène a été le premier à le découvrir, mais cela n'a ouvert que les portes à un nouveau monde. Combien d'applications étonnantes imagineraient des scientifiques et des ingénieurs depuis lors ! Graphenea est le soutien de tous ces rêves à Donostia et nous avons rencontré sa directrice scientifique, Amaia Zurutuza. Il a été expliqué qu'il a des dispositifs dans les mains faites avec le graphène.
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Il y a quelques années, un grand espoir est apparu autour du graphène. Vous avez vous-même abandonné votre champ de recherche et sauté au graphène plein à la mode. Comment était-ce?

Je cherchais alors pharmaciquement à l'étranger. Il cherchait des polymères pour contrôler les doses des médicaments. J'ai essayé de retourner au Pays Basque et j'ai vu une annonce de nanoGUNE qui offrait du travail dans une nouvelle entreprise du secteur du graphène. Je ne savais pas ce qu'était le graphène, mais du point de vue de l'application, je pouvais tout faire avec elle, et cela m'a attiré. Peu après que j'aie commencé à travailler, le prix Nobel a été remis à ceux qui ont découvert le graphène, et par la suite l'intérêt pour le graphène a augmenté de façon exponentielle, même dans la société.

En direct, non ?

Oui, le marché est très petit. Pour l'instant, il n'est utilisé que dans la recherche, il ne peut pas être beaucoup de producteurs. L'année dernière, il a versé 16 millions d'euros dans le monde entier. À titre de données, la société Samsung n'est pas incluse dans un nouveau marché si sa taille n'est pas au moins un milliard de dollars. 16 millions d'euros sont juste pour eux.

Il y a beaucoup d'espoir dans le graphène, mais en réalité c'est un matériau très simple : de fines lames de carbone. Qu'est-ce qui rend si spécial?
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C'est simple, oui. On a découvert que le graphite, principal composant du crayon, était nettoyé. C'est une couche individuelle de graphite. Les carbones acquièrent une structure hexagonale, en forme de ruche, mais formant une feuille d'un seul atome d'épaisseur. Bidimensionnelle. La particularité du graphène est que les électrons se déplacent rapidement sur ces plaques monoatomiques comme s'ils n'avaient pas de masse. En raison de leur grand nombre d'anneaux, les électrons sont délocalisés dans tout le matériel. Ils n'ont pas d'obstacles à se déplacer. Ainsi, si dans le graphite les électrons se déplacent vite, dans le graphène il est beaucoup plus rapide. Par exemple, en silicium ils se déplacent à une vitesse maximale de 1.000 cm2/(V·s) et en graphène ils peuvent atteindre 200.000 cm2/(V·s).

Le mouvement si rapide des électrons vous donnera une grande utilité dans l'électronique. Preuve de cette vitesse est la récente application de télécommunications 5G qui permet de télécharger 25 films en une seule seconde.

Pour l'instant aucune application n'est arrivée sur le marché, mais en quoi consistent les derniers prototypes de graphène ?

Car il y a beaucoup de bons prototypes. Par exemple, en optoélectronique, l'application de photodétecteurs est intéressante : des caméras de vision de nuit sont développées pour les voitures. Des applications de télécommunication, combinées au silicium en fibres optiques, sont également développées. Je leur vois particulièrement le plus grand avenir. Il y a deux ou trois ans, on parlait aussi de faire des écrans mobiles flexibles. Ce qui se passe, c'est que le mobile complet devrait être flexible, sinon il n'a pas de sens. Et pour l'instant ce n'est pas possible.

Dans le domaine de la médecine, par exemple, des biocapteurs se développent. Les biomolécules ont une très bonne interaction avec les anneaux aromatiques de graphène. Et comme le graphène a une surface proportionnellement très grande, il détecte rapidement tout changement dans les biomolécules, toute interaction. Par exemple, il servirait à trouver des biomarqueurs dans le sang.

Des électrodes sont également développées pour stimuler le cerveau. Les électrodes actuellement utilisées sont en platine, très rigides et épaisses, et le graphène est monochrome, ce qui permet une meilleure stimulation cérébrale. Des tests ont déjà été effectués sur les animaux. De là, de nombreuses applications pourraient dériver pour stimuler le cerveau et guérir de nombreuses maladies.

Depuis que vous avez sauté au graphène, quelle découverte du graphène a été celle qui a créé le plus d'excitation en vous ?

C'est un matériau qui a encore beaucoup de surprises. Tous sont intéressants, mais cette année la supraconductivité a été le hot topic. Si vous superposez deux couches du graphène avec un angle donné, le graphène présente une supraconductivité. Nous n'imaginions même pas qu'il y avait un ou deux ans. Ce que vous allez faire!

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Le graphène est le premier matériau bidimensionnel trouvé, mais il ouvre la possibilité d'obtenir beaucoup d'autres. Quelle caractéristique particulière doit être bidimensionnelle par rapport aux matériaux tridimensionnels conventionnels?

Le comportement différent des électrons apporte de nouvelles capacités. Dans le graphène, par exemple, les électrons se déplacent plus vite, tandis que dans les couches simples fabriquées avec du disulfure de molybdène, la lumière est absorbée différemment : elle émet beaucoup plus de lumière quand il y a une seule couche que les trois couches. À la fin, nous connaissons les matériaux tridimensionnels, mais quand nous raffinons et obtenons une bidimensionnelle, d'autres caractéristiques apparaissent. Et tu dis: “Uau! Nouvelles Comment il émet tant de lumière s’il n’y a pas presque de matière ! »

Pourrions-nous obtenir une bidimensionnelle de tout matériau tridimensionnel ?

Plus ou moins. Avec beaucoup oui, avec tous non. Actuellement, les scientifiques font de grands efforts pour créer des matériaux bidimensionnels et chercher de nouvelles fonctionnalités. Et avec beaucoup de matériaux. Ce qui se passe, c'est que pas tous les matériaux bidimensionnels sont utiles.

On a essayé, par exemple, de créer du silicium bidimensionnel : synonyme, qui serait équivalent au graphène. Mais ce n'est pas stable. S'il était stable, il pourrait avoir des caractéristiques intéressantes, mais il n'est pas stable. Il a également été traité avec du germanium, qui n'est pas stable non plus. Il ne peut pas être produit. Il y a un autre de phosphore noir dans lequel les électrons se déplacent très rapidement. En attente de voir.

Donc, en réalité, tous les atomes ne servent pas à créer ce type de structures?

Eh bien, la question est difficile. Par exemple, les structures hexagonales sont les plus thermodynamiquement stables, ce qui conditionne beaucoup. Le carbone est un atome très spécial, car il permet de créer de nombreuses structures spatiales, et presque toutes stables. Le diamant lui-même est stable, mais nécessite des conditions de génération très exigeantes. C'est la particularité du carbone.

Pour l'instant, quels matériaux bidimensionnels stables ont été obtenus?

Par exemple, il y en a un qui ressemble beaucoup au graphène, le nitrure de bore hexagonal. Au lieu de carbone, cette structure hexagonale est composée de bore et d'azote. Dans ce cas, les électrons ne bougent pas rapidement, mais c'est un matériau isolant très bon. Il possède donc une propriété intéressante : il peut être utilisé comme substrat pour le graphène. En fait, comme nous utilisons le graphène sur un substrat pour toute application, il a un impact sur les électrons du graphène, qui ne bougent plus si vite. Mais si nous mettons ce matériau isolant entre le substrat et le graphène, ces électrons se déplacent encore plus vite. C'est ce que nous faisons maintenant.

Et il y a plus de matériaux bidimensionnels: disulfure de molybdène (MoS 2 ), disulfure de wolfram (WS 2 ), diseleniure de wolfram (WS e 2), etc. Ils sont tous semi-conducteurs, semblables au silicium. Ils n'ont pas de structure hexagonale et ne sont pas des structures monoatomiques, mais des couches de trois atomes. Ils sont de plus en plus créatifs.

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Il ya beaucoup d'espoir dans les matériaux bidimensionnels et l'investissement est similaire, n'est-ce pas?

L'Europe a décidé stratégiquement d'investir l'argent dans le graphène. Graphene Flagship est un projet qui lui a donné beaucoup de force. En dix ans, il investira un milliard d'euros. Ce n'est pas le seul pari de l'Europe, bien sûr. Il a financé un autre grand projet de dix ans: Human Brain Project, pour la création d'un superordinateur.

Après tant de travaux, quelles applications devenues réalité à travers le graphène rempliraient plus?

Pour moi, voir le graphène dans les produits serait terrible, parce que nous avons 8 ans de recherche. Mais nous savons que nous avons besoin de patience parce que tout nouveau matériel a besoin de nombreuses années pour le commercialiser. Dans le cas du silicium, ils ont passé plus de 20 ans jusqu'à leur utilisation dans des transistors pour ordinateurs. Et maintenant son impact sur le marché est énorme.

Mais si je devais choisir une application… Eh bien, l'utiliser en photonique ou électronique serait très bon, mais si je devais choisir une, peut-être, en biomédecine. Je voudrais avoir un bon biosenseur à la maison, pour savoir à un moment, par exemple, si vous avez un cancer ou non.

Tant d'espoir dans le graphène peut générer une forte pression sociale et médiatique sur les chercheurs. Comment vous le vivez: Avez-vous charge ou vous motive au travail?

Parfois, il n'est pas facile de gérer ces demandes médiatiques. Mais je pense que pour l'instant l'intérêt est positif. Il est important que la société soit intéressée par le graphène, car c'est ce qui permet d'obtenir de l'argent pour l'investissement. Oui, j'espère que les applications seront sur le marché avant de perdre cet intérêt.

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