Utilisation du graphite dans les applications électroniques

Le graphène est ce que les scientifiques et les ingénieurs appellent une couche unique de graphite à l'échelle atomique. Ces fines couches de graphène sont enroulées et utilisées dans les nanotubes. Cela est probablement dû à son impressionnante conductivité électrique et à sa résistance et rigidité exceptionnelles.

Les nanotubes de carbone actuels présentent un rapport longueur/diamètre pouvant atteindre 132 000 000:1, un rapport nettement supérieur à celui de tout autre matériau. Outre leur utilisation en nanotechnologie, encore relativement récente dans le domaine des semi-conducteurs, il convient de noter que la plupart des fabricants de graphite produisent depuis des décennies des qualités spécifiques de graphite pour l'industrie des semi-conducteurs.

2. Moteurs électriques, générateurs et alternateurs

Le graphite de carbone est également fréquemment utilisé dans les moteurs électriques, les générateurs et les alternateurs sous forme de balais de charbon. Dans ce cas, un « balai » est un dispositif qui conduit le courant entre des fils fixes et un ensemble de pièces mobiles, et il est généralement logé dans un arbre rotatif.

3. Implantation ionique

Le graphite est désormais de plus en plus utilisé dans l'industrie électronique. Il est également utilisé dans l'implantation ionique, les thermocouples, les interrupteurs électriques, les condensateurs, les transistors et les batteries.

L'implantation ionique est un procédé d'ingénierie par lequel les ions d'un matériau particulier sont accélérés par un champ électrique et projetés sur un autre matériau, ce qui constitue une forme d'imprégnation. C'est l'un des procédés fondamentaux utilisés dans la production des puces électroniques de nos ordinateurs modernes, et les atomes de graphite sont généralement intégrés dans ces puces à base de silicium.

Outre le rôle unique du graphite dans la production de micropuces, des innovations à base de graphite sont désormais utilisées pour remplacer les condensateurs et transistors traditionnels. Selon certains chercheurs, le graphène pourrait constituer une alternative au silicium. Il est 100 fois plus fin que le plus petit transistor en silicium, conduit l'électricité beaucoup plus efficacement et possède des propriétés exotiques qui peuvent s'avérer très utiles en informatique quantique. Le graphène est également utilisé dans les condensateurs modernes. En effet, les supercondensateurs en graphène seraient 20 fois plus puissants que les condensateurs traditionnels (délivrant 20 W/cm³), et 3 fois plus puissants que les batteries lithium-ion haute puissance actuelles.

4. Piles

En ce qui concerne les batteries (piles sèches et lithium-ion), les matériaux en carbone et en graphite ont également joué un rôle déterminant. Dans le cas d'une pile sèche traditionnelle (celle que nous utilisons souvent dans nos radios, lampes de poche, télécommandes et montres), une électrode métallique ou une tige de graphite (la cathode) est entourée d'une pâte électrolytique humide, et les deux sont encapsulées dans un cylindre métallique.

Les batteries lithium-ion modernes utilisent également du graphite comme anode. Les anciennes batteries lithium-ion utilisaient des matériaux traditionnels en graphite. Cependant, avec la disponibilité croissante du graphène, des anodes en graphène sont désormais utilisées, principalement pour deux raisons : 1. les anodes en graphène retiennent mieux l'énergie ; 2. elles promettent un temps de charge dix fois plus rapide qu'une batterie lithium-ion traditionnelle.

Les batteries lithium-ion rechargeables gagnent en popularité. Elles sont désormais fréquemment utilisées dans nos appareils électroménagers, nos appareils électroniques portables, nos ordinateurs portables, nos smartphones, nos voitures hybrides, nos véhicules militaires et même dans les applications aérospatiales.