Projet ANR-15-CE09-0011 – GAELIC : Cristaux liquides de Graphene
Programme : Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur (DS0305) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Christophe BLANC (Laboratoire Charles Coulomb)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 369304.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Le graphène fait partie de ces matériaux prometteurs dont un développement industriel fort est attendu dans les prochaines décennies. Bien qu’il ait été découvert seulement en 2004, nombre de ses propriétés exceptionnelles ont déjà été explorées et appliquées à une échelle académique; plusieurs produits industriels de masse sont même attendus dans les prochaines années. La recherche actuelle est focalisée principalement sur du graphène obtenu soit i) par une synthèse coûteuse de monocouches  sur substrats cristallins à partir de molécules carbonées. Les couches obtenues sont alors planes, de grandes dimensions et d’excellente qualité. Elles conviennent aux applications touchant à l’électronique et à la micromécanique. ii) la fabrication, à un coût réduit, d’oxyde de graphène par exfoliation en solution de graphite oxydé. Une fois réduit, les flocons de graphène ainsi obtenus sont de moindre qualité, très polydisperses en taille et en nombre de couches. Les propriétés du graphène réduit sont également moins intéressantes en raison de la rémanence de nombreux groupes oxyde et la synthèse en voie liquide permet difficilement la structuration des feuilles. Cette voie a cependant l’avantage de pouvoir être déployée à grande échelle pour des applications industrielles où le graphène réduit convient, comme la fabrication de revêtements, les encres, la fabrication de composites et les bio-applications. 
Le développement de nouveaux procédés efficaces permettant d’obtenir du graphène de bonne qualité à moindre coût, tout en contrôlant son organisation à grande échelle reste encore un défi. De nouveaux procédés permettraient non seulement d’améliorer les performances des  dispositifs basés sur le graphène à moindre coût, mais permettraient également le développement de nouvelles applications et dispositifs dans lesquels l’organisation des couches à grande échelle est importante pour le produit considéré. Le projet GAELIC va explorer de nouvelles approches permettant  la réalisation de films minces et de revêtements contenant du graphène et des matériaux hybrides graphène/nanoparticules structurés sur de grandes échelles à partir de graphène obtenu par voie liquide. Le projet permettra de développer et d’améliorer de futures applications industrielles où la qualité, la taille et l’organisation des couches de graphène sont  cruciales.   
Le projet repose principalement sur la réalisation de phases cristal liquide formées par des dérivés du graphènes (graphénure, oxyde de graphène et oxyde de graphène réduit) en solution, ainsi que sur l’étude et le contrôle de leurs propriétés structurales et rhéologiques. Des cristaux liquides de graphène et hybrides (graphène/nanoparticules métalliques) de qualité variables seront fabriqués et caractérisés et serviront à obtenir des dépôts et  films minces. L’utilisation de cristaux liquides à la place de solutions isotropes de graphène présente deux caractéristiques essentielles : i) elle permet l’utilisation de solutions concentrées. Les suspensions isotropes de graphène sont en  effet très diluées surtout pour les flocons de grande taille. ii) elle permet de bien mieux contrôler l’alignement des couches et l’organisation des nanoparticules, ce qui se traduira par une amélioration des propriétés physico-chimiques des matériaux.
La nanostructuration de ces films et leurs propriétés spécifiques seront étudiées et reliées aux propriétés rhéologiques et structurales des cristaux liquides précurseurs. Nos connaissances seront alors utilisées pour réaliser trois démonstrateurs destinés à valider l’efficacité des méthodes développées : de nouveaux types de substrats pour le SERS, des couches de passivation innovantes et des films minces promoteurs d’adhésion pour le placage métallique. L’intérêt industriel de ces films minces à base de graphène sera évalué pendant le projet.