À propos du graphène
Le graphène est un allotrope de carbone constitué d’une seule couche d’atomes disposés de manière hexagonale dans un réseau bidimensionnel. Le graphène est une substance aux propriétés très intéressantes. Le graphène a une conductivité thermique élevée, une conductivité électrique élevée, une élasticité et une flexibilité élevées, une dureté et une résistance élevées. Ces propriétés, associées à l’abondance de carbone dans la nature, ont fait du graphène un matériau très étudié avec de grandes possibilités.
Résumé
| Nom | graphène |
| Phase à STP | solide |
| Densité | 2270kg/m3 |
| Résistance à la traction ultime | 130000 MPa |
| Limite d’élasticité | N / A |
| Module d’élasticité de Young | 1000 GPa |
| Dureté Brinell | N / A |
| Point de fusion | 3697°C |
| Conductivité thermique | 4000W/mK |
| Capacité thermique | N / A |
| Prix | 100 $/kg |
Composition du graphène
Le graphène est un matériau composé de groupements d’atomes de carbone positionnés de manière hexagonale. Cette disposition se traduit par des monocouches d’un atome d’épaisseur. Chaque atome d’une feuille de graphène est relié à ses trois voisins les plus proches par une liaison σ et apporte un électron à une bande de conduction qui s’étend sur toute la feuille.
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Applications du graphène
Le graphène est un conducteur transparent et flexible qui est très prometteur pour diverses applications de matériaux/dispositifs, notamment les cellules solaires, les diodes électroluminescentes (DEL), les écrans tactiles et les fenêtres ou téléphones intelligents. Des produits pour smartphones dotés d’écrans tactiles en graphène sont déjà sur le marché. Cependant, avec les procédés de fabrication existants, le graphène est extrêmement difficile à produire en masse, ce qui pourrait s’avérer être un facteur limitant pour son utilisation commerciale.
Propriétés mécaniques du graphène
Force du graphène
En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine.
La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Young est le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.
Voir aussi : Résistance des matériaux
Résistance à la traction ultime du graphène
La résistance à la traction ultime du graphène est de 130 000 MPa.
Limite d’élasticité du graphène
La limite d’élasticité du graphène est N/A.
Module d’élasticité du graphène
Le module d’élasticité de Young du graphène est de 1000 GPa.
Dureté du graphène
En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface ( déformation plastique localisée ) et aux rayures . Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.
L’ indice de dureté Brinell (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation :
La dureté Brinell du graphène est d’environ N/A.
Voir aussi : Dureté des matériaux
La résistance des matériaux
Élasticité des matériaux
Dureté des matériaux
Propriétés thermiques du graphène
Graphène – Point de fusion
Le point de fusion du graphène est de 3697 °C .
Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.
Graphène – Conductivité thermique
La conductivité thermique du graphène est de 4000 W/(m·K) .
Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique , k (ou λ), mesurée en W/mK . C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction . Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.
La conductivité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:
La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire k = k (T) . Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.
Graphène – Chaleur spécifique
La chaleur spécifique du graphène est de 509 J/g K .
La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique, est une propriété liée à l’énergie interne très importante en thermodynamique. Les propriétés intensives c v et c p sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’ énergie interne u(T, v) et de l’ enthalpie h(T, p) , respectivement :
où les indices v et p désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés c v et c p sont appelées chaleurs spécifiques (ou capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont J/kg K ou J/mol K .
Point de fusion des matériaux
Conductivité thermique des matériaux
Capacité calorifique des matériaux
Propriétés et prix des autres matériaux
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