Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par le professeur Puru Jena de la Virginia Commonwealth University de Richmond, a découvert une nouvelle variante structurelle du carbone appelée penta-graphène.
Sur la base d’analyses et de simulations approfondies, l’équipe montre que le penta-graphène, composé uniquement de pentagones de carbone et ressemblant au carrelage pentagonal du Caire, est dynamiquement, thermiquement et mécaniquement stable ; le matériau présente un coefficient de Poisson négatif, une large bande interdite et une résistance mécanique ultra élevée. Crédit image : Virginia Commonwealth University.
“Les trois dernières formes importantes de carbone qui ont été découvertes sont le fullerène, le nanotube et le graphène. Chacune d’entre elles a une structure unique. Le penta-graphène fera partie de cette catégorie”, a déclaré le professeur Jena.
Le penta-graphène est une couche unique de pentagones de carbone qui ressemble au carrelage du Caire et qui semble être dynamiquement, thermiquement et mécaniquement stable.
La plupart des formes de carbone sont constituées de blocs de construction hexagonaux, parfois entrecoupés de pentagones. Le nouveau matériau est un allotrope de carbone 2D unique composé exclusivement de pentagones.
Le professeur Jena et ses collègues ont simulé la synthèse du penta-graphène en utilisant la modélisation informatique.
Les résultats suggèrent que le matériau pourrait surpasser le graphène dans certaines applications, car il serait mécaniquement stable, posséderait une très grande résistance et serait capable de supporter des températures allant jusqu’à 1 000 degrés Kelvin.
Le penta-graphène possède plusieurs propriétés intéressantes et inhabituelles. Par exemple, il s’agit d’un semi-conducteur, alors que le graphène est un conducteur d’électricité.
“Lorsque vous prenez du graphène et que vous l’enroulez, vous obtenez ce que l’on appelle un nanotube de carbone qui peut être métallique ou semi-conducteur. Le pentagraphe, lorsqu’on l’enroule, donne également un nanotube, mais il est toujours semi-conducteur”, a expliqué le professeur Jena, qui est l’auteur principal d’un article publié dans l’encyclopédie en ligne de l’Union européenne. Proceedings of the National Academy of Sciences.
La façon dont le penta-graphène s’étire est également très inhabituelle.
“Si vous étirez le graphène, il se dilatera dans la direction où il est étiré, mais se contractera dans la direction perpendiculaire. En revanche, si vous étirez le penta-graphène, il se dilatera dans les deux directions”, a déclaré le professeur Qian Wang, co-auteur de l’étude, de l’Université de Pékin (Chine) et de l’Université Virginia Commonwealth (Richmond).
La résistance mécanique du penta-graphène, dérivée d’une propriété rare connue sous le nom de rapport de Poisson négatif, pourrait avoir des applications particulièrement intéressantes pour la technologie.
Ses propriétés suggèrent qu’il pourrait avoir des applications dans l’électronique, la biomédecine, la nanotechnologie et plus encore.
La prochaine étape pour les scientifiques est de synthétiser le penta-graphène.
