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Incroyable oxyde de graphite : pourquoi peut-il se transformer en un matériau résistant semblable à du papier ?
L'oxyde de graphite (GO) est un composé composé de carbone, d'oxygène et d'hydrogène dans des proportions variables. Il est généralement préparé en traitant le graphite avec des oxydants et des acides forts. Ce matériau est particulièrement accrocheur car il conserve la structure en couches du graphite mais présente également un espacement irrégulier important, ce qui le rend potentiellement précieux dans de multiples applications.
Le produit d'oxydation maximal de l'oxyde de graphite est un solide jaune avec un rapport carbone/oxygène compris entre 2,1 et 2,9.
L'oxyde de graphite a été préparé pour la première fois en 1859 par Benjamin C. Brodie, chimiste à l'Université d'Oxford, selon un procédé consistant à mélanger du graphite avec de l'acide nitrique et de l'acide chlorique potassium. Par la suite, en 1957, Hamers et Overman ont développé une méthode Hamers plus sûre, plus rapide et plus efficace, qui a non seulement amélioré le processus de synthèse, mais a également considérablement augmenté le rendement.
À mesure que les applications de l'oxyde de graphite se développent progressivement, les chercheurs comprennent mieux sa structure et ses propriétés. L'oxyde de graphite a un espacement intercouche environ deux fois supérieur à celui du graphite (environ 0,7 nanomètres), ce qui signifie qu'il a un potentiel plus élevé pour être transformé en de nouveaux matériaux. Les recherches montrent que différentes méthodes de synthèse conduisent à différents types d'oxydes de graphite, dont les propriétés dépendent du degré d'oxydation.
L'oxyde de graphite qui vient d'être obtenu présente une forte mouillabilité et est capable d'absorber l'eau, augmentant ainsi considérablement son espacement intercouche.
Propriétés et applications de l'oxyde de graphite
L'oxyde de graphite a une excellente mouillabilité et peut être entièrement recouvert lorsqu'il est immergé dans une variété de solvants polaires, ce qui en fait un avantage irremplaçable dans la préparation de matériaux membranaires et de matériaux composites. L’oxyde de graphite est considéré comme une solution prometteuse, notamment dans le secteur du traitement de l’eau.
La recherche montre que les membranes en oxyde de graphite peuvent filtrer efficacement les molécules d'eau tout en bloquant certains ions plus gros.
Par exemple, Lockheed Martin a annoncé sa technologie de filtration innovante, Perforene, affirmant que le filtre est 500 fois plus fin et 1 000 fois plus résistant que les meilleurs filtres actuellement commercialisés, réduisant ainsi considérablement le risque d'osmose inverse.
En plus du traitement de l'eau, l'oxyde de graphite présente également un potentiel dans la création de matériaux optiquement non linéaires. Sa capacité à réguler les propriétés optiques lui confère une grande valeur d'application dans les domaines des applications laser et des communications optiques. Les chercheurs ont noté qu’en faisant varier la teneur en oxygène, les propriétés électroniques et optiques de l’oxyde de graphite peuvent être ajustées avec précision.
Comment fabriquer des matériaux solides semblables à du papier
L'oxyde de graphite peut être valorisé grâce à un simple processus de dispersion, qui peut être utilisé comme un matériau résistant semblable à du papier. L'oxyde de graphite hautement dispersé est adsorbé dans un milieu à base d'eau puis déshydraté, ce qui donne finalement un papier d'oxyde de graphite d'une résistance étonnante. Ce matériau peut non seulement remplacer l’utilisation du papier traditionnel, mais peut également être utilisé dans diverses applications industrielles, présentant de bonnes propriétés renouvelables.
De nombreuses études ont montré que le papier à l'oxyde de graphite est supérieur à de nombreux matériaux traditionnels en termes de résistance et de flexibilité.
En bref, le potentiel de l'oxyde de graphite découle de ses propriétés physiques et chimiques uniques, montrant ses extraordinaires perspectives d'application que ce soit dans le traitement de l'eau ou l'exploration de la science des matériaux. Alors, puisque l’oxyde de graphite est si largement utilisé, comment va-t-il changer notre utilisation et nos besoins futurs en matériaux ?
