La capacité unique du graphite à conduire l'électricité tout en dissipant ou en évacuant la chaleur des composants critiques en fait un matériau idéal pour les applications électroniques, notamment les semi-conducteurs, les moteurs électriques et même la production des batteries modernes.
Le graphène est ce que les scientifiques et les ingénieurs appellent une monocouche de graphite à l'échelle atomique. Ces fines couches de graphène sont enroulées et utilisées dans la fabrication de nanotubes, probablement en raison de leur conductivité électrique remarquable et de leur résistance et rigidité exceptionnelles.
Les nanotubes de carbone actuels présentent un rapport longueur/diamètre pouvant atteindre 132 millions, soit bien supérieur à celui de tout autre matériau. Outre leur utilisation en nanotechnologie, domaine encore relativement récent dans le secteur 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 est également fréquemment utilisé dans les moteurs électriques, les générateurs et les alternateurs sous forme de balais de carbone. 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. On le retrouve notamment dans l'implantation ionique, les thermocouples, les interrupteurs électriques, les condensateurs, les transistors et les batteries.
L'implantation ionique est un procédé d'ingénierie qui consiste à accélérer des ions d'un matériau donné dans un champ électrique et à les projeter sur un autre matériau, par imprégnation. C'est l'un des procédés fondamentaux utilisés dans la fabrication des microprocesseurs de nos ordinateurs modernes, et les atomes de graphite font généralement partie des atomes intégrés à ces microprocesseurs à base de silicium.
Outre son rôle unique dans la production de microprocesseurs, le graphite est désormais utilisé pour remplacer les condensateurs et transistors traditionnels grâce à des innovations qui y sont associées. Selon certains chercheurs, le graphène pourrait même constituer une alternative au silicium. Cent fois plus fin que le plus petit transistor en silicium, il conduit l'électricité avec une efficacité bien supérieure et possède des propriétés exceptionnelles qui pourraient s'avérer très utiles en informatique quantique. Le graphène est également utilisé dans les condensateurs modernes. En effet, les supercondensateurs en graphène seraient vingt fois plus puissants que les condensateurs traditionnels (avec une puissance de 20 W/cm³) et pourraient être trois fois plus performants que les batteries lithium-ion haute puissance actuelles.
4. Piles
En matière de batteries (piles sèches et lithium-ion), les matériaux à base de carbone et de 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 l'ensemble est encapsulé dans un cylindre métallique.
Les batteries lithium-ion modernes utilisent également le graphite comme anode. Les anciennes batteries lithium-ion utilisaient des matériaux en graphite traditionnels, mais maintenant que le graphène est plus facilement disponible, on utilise des anodes en graphène, principalement pour deux raisons : 1. les anodes en graphène retiennent mieux l’énergie et 2. elles promettent un temps de charge 10 fois plus rapide qu’une batterie lithium-ion traditionnelle.
Les batteries lithium-ion rechargeables sont de plus en plus répandues. On les utilise désormais fréquemment dans nos appareils électroménagers, nos appareils électroniques portables, nos ordinateurs portables, nos smartphones, nos voitures hybrides électriques, nos véhicules militaires et même dans le secteur aérospatial.
Date de publication : 15 mars 2021