Table des matières :
1. Recyclabilité et durabilité 2. Chauffage et gestion thermique 3. Les nanocarbones dans les composites 4. Marquage du carburant pour l'authentification 5. Filtration 6. Le graphène dans les textiles électroniques 7. Le graphène dans les supercondensateurs 8. Le graphène dans les batteries à anode de Si 9. Mise à l'échelle du graphène par CVD R2R 10. Grpahene CVD R2R dans les batteries Li ion 11. Revêtements anti-corrosion 12. Applications électroniques et de biodétection du graphène CVD
Bonjour à tous !
Je suis le Dr Khasha Ghaffarzadeh, PDG de TechBlick (www.TechBlick.com). Cela fait maintenant plus de dix ans que je suis et analyse l'industrie du graphène, des nanotubes de carbone et des matériaux 2D. J'ai publié les principaux rapports sur le marché, présenté les conférences les plus importantes et réalisé de nombreuses études de conseil et d'investissement. J'ai connu tous les hauts et les bas de cette période et j'ai collaboré étroitement avec tous les acteurs clés du monde entier. Dans cet article, je vous propose un tour d'horizon de certains développements intéressants dans ce domaine, qui montrent comment l'industrie arrive à maturité et trouve diverses applications. Je traiterai des applications du graphène dans les diffuseurs de chaleur, les revêtements anticorrosion, le chauffage de grande surface, les tuyaux en PEHD recyclé, les électrodes de supercondensateurs R2R, les batteries à anode de silicium, l'automobile, les marqueurs de carburant, les biocapteurs, les électrodes de batteries Li ion, l'ultrafiltration, les composites, les e-textiles, et plus encore.
À TechBlick, nous proposons chaque année plus de 350 conférences triées sur le volet et portant sur les technologies émergentes. Avec un seul laissez-passer annuel, vous pouvez participer à tous nos événements LIVE en ligne, vous mêler et tisser des liens avec la communauté en ligne, et participer à nos masterclasses. Découvrez ici comment fonctionne notre système de mise en réseau et de rencontre virtuelle.
Nous avons réuni la meilleure liste d'intervenants à ce jour pour notre prochaine conférence LIVE des 14 et 15 avril 2021, qui portera sur le graphène, les nanocarbones et les matériaux 2D. Notre programme réunit des utilisateurs finaux de premier plan, des producteurs majeurs et des start-ups prometteuses. Il comprend des intervenants tels que LG Electronics, ABB, Fiat, Tata Steel, Gerdau, Tungshu, Thales, Inov-8, Varta, ASML, BASF, Cabot, IP Group, Raymor/PPG, NanoXplore, Qenos, Avanzare, Sixth Element, Cardea Bio, VTT, Grapheal, et bien d'autres.
Vous pouvez consulter le programme complet ici. Vous pouvez acheter votre laissez-passer annuel pour seulement 400 euros par an en utilisant le code de réduction de 20 % Graph20 jusqu'au 3 avril 2021.
Si vous souhaitez discuter de cet événement ou de la série d'événements TechBlick en général, veuillez prendre rendez-vous avec moi (Khasha) ici.
Les intervenants comprennent :
Recyclabilité et durabilité
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Les données ci-dessous proviennent de NanoXplore, l'un de nos exposants et sponsors. Basée à Montréal, au Canada, cette entreprise est un leader mondial en termes de mise à l'échelle, ayant mis en service une capacité de production de 4 000 tpa avec l'objectif de l'étendre à 10 000 tpa.
Le graphique de droite ci-dessous compare la rigidité du PEHD vierge, un matériau courant pour les tuyaux de fluides industriels et de gaz, avec un PEHD composé de 55 % de matériaux recyclés et de 1 % en poids d'additifs au graphène de NanoXplore. Il montre que la rigidité est inchangée. Le graphique de gauche montre que le matériau recyclé avec 1wt% d'additifs de graphène peut conserver ses propriétés mécaniques après 3000 heures d'exposition aux UV et aux intempéries. Les autres indicateurs clés de performance sont également améliorés ou restent inchangés.
Ces données peuvent faciliter l'adoption du PEHD recyclé dans les tuyaux. Compte tenu de la taille du marché, même à une charge de 1 %, cela peut se traduire par une application en volume énorme.
Pour connaître les dernières nouvelles de NanXplore et pour vous mêler à son équipe, participez à notre événement TechBlick sur le graphène, les nanocarbones et les matériaux 2D les 14 et 15 avril 2021.
Les références écologiques du graphène vont encore plus loin. D'une manière générale, la sensibilisation croissante à l'économie circulaire aura un impact profond sur les exigences des futurs additifs et charges fonctionnelles dans les composites polymères. BASF, l'un de nos principaux intervenants, fera valoir que le graphène répond aux exigences futures car il "n'introduit pas d'éléments étrangers dans le flux de matériaux polymères et a beaucoup moins d'impact négatif sur l'aptitude au traitement et/ou la mécanique du polymère que d'autres charges fonctionnelles".
Cette tendance vers le graphène vert se manifeste également dans les start-ups de graphène. Un bon exemple est Bright Day Graphene AB. Elle cherche à développer et à mettre à l'échelle un processus de production de graphène basé sur la biomasse.
Rejoignez la communauté TechBlick pour 400 euros par an (date limite : 3 avril 2021) afin d'entendre et de côtoyer BASF, NanoXplore et Bright Day Graphene.
Chauffage et gestion thermique
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Le graphène possède d'excellentes propriétés thermiques. En fait, Huawei a adopté des films diffuseurs de chaleur à base de rGO dans ses téléphones phares (voir image de gauche ci-dessous). Sixth Element, entreprise chinoise et fournisseur de matériaux de Huawei, nous dit que "cette application consomme actuellement plusieurs centaines de tonnes de graphène par an, et qu'elle continue de croître". Il s'agit probablement de la plus grande application de graphène en vrac au monde et elle est essentiellement produite et consommée en Chine.
Le graphique de droite ci-dessous, également de Sixième Élément, montre comment la feuille de diffusion de chaleur rGO se différencie des feuilles de graphite pyrolytique (PGS). En particulier, la conductivité thermique des plaques de graphite pyrolytique ordinaires diminue au fur et à mesure que l'épaisseur augmente, alors que la feuille de rGO atteint une valeur stable de 1200 W/mK même à des niveaux d'épaisseur élevés.
Le graphène dans la dissipation de la chaleur peut avoir de nombreux autres cas d'utilisation. En particulier, il peut être utilisé comme charge dans les matériaux d'interface thermique ou être aligné verticalement pour offrir une excellente conductivité thermique anisotrope sur l'axe z.
Le graphène est également utilisé commercialement dans des applications de chauffage. Les exemples ci-dessous proviennent tous de Shaanxi Huaqing Yifeng New Material, une entreprise chinoise qui fera une présentation lors de notre prochaine conférence LIVE les 14 et 15 avril 2021.
L'image de gauche est un film chauffant R2R qui est imperméable et ignifuge. Il est emballé sous vide et a une durée de vie de 50 ans. Les images du milieu et de droite représentent des films chauffants imprimés de grande surface placés, respectivement, derrière un tapis et un tableau. Ce sont des exemples d'applications de graphène à grande surface combinant l'impression R2R et le graphène.
Rejoignez TechBlick pour entendre les dernières nouvelles et pour vous mêler à la communauté dans notre salon de réseautage virtuel. De manière unique, notre prochain événement sur le graphène, les nanocarbones et les matériaux 2D accueillera d'éminents orateurs de Chine, notamment Tungshu, Sixth Element, Hangzhou Gaoxi, Shaanxi Huaqing, Leader Nano, Xi'an Tang Dynasty Huaqing, etc.
Les nanocarbones dans les composites
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Un exemple récent de réussite est l'adoption du graphène dans les chaussures de sport par Inov-8 en collaboration avec le Graphene Centre de l'Université de Manchester. Initialement, le graphène était utilisé dans le caoutchouc de la semelle extérieure, démontrant une augmentation de 50 % de la résistance et de l'élasticité par rapport aux semelles extérieures traditionnelles. Depuis quelques semaines, le graphène est également ajouté à la mousse sous le pied. Le monde des additifs n'est jamais immobile. La recherche du "plus pour plus", c'est-à -dire d'une meilleure performance avec une quantité moindre d'additifs, est toujours en plein essor. Aujourd'hui, Cabot Corp a lancé des additifs nanocarbonés très prometteurs.
Les derniers résultats de Cabot sont présentés ci-dessous. L'image de droite montre comment ces nanocarbones (CNS) surpassent le noir de carbone et les CNT multi-parois, en obtenant une résistivité plus faible dans les polycarbonates à une charge plus faible. L'image de gauche montre comment ces nanostructures de carbone améliorent l'efficacité du blindage des polycarbonates à une charge inférieure ou identique.
Participez aux événements TechBlick LIVE (en ligne) pour entendre les dernières nouvelles d'Inov-8, de Cabot Corp et de l'Université de Manchester. Vous pouvez également vous mêler à la communauté de l'innovation tout au long de l'année. Découvrez le fonctionnement de la plateforme d'événements ici.
Marquage du carburant pour l'authentification
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Une application peut-être surprenante du graphène est le marquage des niveaux de liquide. Quantag (d'Istanbul) a mis au point des points quantiques de graphène qui peuvent être utilisés comme marqueurs de carburant pour authentifier la source et la marque du carburant (voir ci-dessous).
En 2021, Quantag, l'un des présentateurs du TechBlick, a produit avec succès 500 kg de points quantiques de graphène pour protéger plus de 4 millions de tonnes de carburant. Quantag propose une solution complète comprenant un nouveau capteur. Le système complet authentifie le carburant sur site avec une précision et une sensibilité élevées, permettant aux compagnies pétrolières de disposer d'une solution tout-en-un pour leurs opérations de marquage de carburant.
Filtration
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Les nanomembranes de carbone (NMC) sont l'équivalent technologique des membranes de filtration biologique hautement efficaces que l'on trouve dans la nature. Comme on peut le voir ci-dessous (à gauche), le transport de l'eau à travers les NMC est plusieurs fois plus rapide que dans les membranes polymères classiques, avec des taux de rejet extraordinaires.
CNM Technologies, l'un de nos présentateurs, a mis au point une membrane composite en CNM qui conserve la plupart des performances de la CNM de taille nanométrique. Ces membranes composites CNM permettent de nouvelles applications dans les processus de traitement de l'eau à basse ou sans pression sur des marchés en pleine croissance tels que l'eau ultra-pure pour les laboratoires, l'industrie pharmaceutique, l'industrie des semi-conducteurs et au-delà . La taille des membranes a augmenté au cours des dernières années, mais il est nécessaire de poursuivre le développement dans ce domaine.
Notez que d'autres matériaux 2D peuvent également faire office de membranes. Molymem, une spin-off de l'université de Manchester, a également passé cinq ans à développer des feuilles de nanomembranes en MoS2. Les images de gauche montrent ces nanomembranes (l'encart montre la petite taille en 2017). En 2017 déjà , ils ont fait la démonstration d'une membrane de 5µm composée de MoS2 exfolié fonctionnalisé, capable de rejeter 99% des ions présents dans l'eau de mer tout en maintenant, selon eux, des flux d'eau significativement plus élevés (~5 fois) que ceux rapportés pour les membranes d'oxyde de graphène. Ici aussi, le défi technique consiste à augmenter la taille des membranes, à améliorer leur résistance à la pression et à réduire leur coût.
Le graphène peut également apporter une valeur ajoutée à la filtration de l'air. LIGC (Israël) produit une maille conductrice en graphène sur des substrats polymères. Celui-ci est fabriqué en exposant le PI à un laser CO2. La maille de graphène permet ensuite de chauffer, d'électrocuter et de neutraliser les particules organiques et les agents pathogènes à des taux d'efficacité supérieurs à ceux du noir de carbone, affirme-t-on.
Rejoignez la conférence TechBlick LIVE hautement interactive sur les applications et la commercialisation du graphène et des matériaux 2D (14-15 avril 2021) pour entendre les dernières nouvelles de toutes ces entreprises et pour vous mêler aux orateurs et à la communauté du graphène et des matériaux 2D.
Le graphène dans les textiles électroniques
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Grafen AB développe une interface textile numérique. Comme on peut le voir ci-dessous (à droite), ils ajoutent du graphène sans liant, colle ou polymère au tissu. Ces paillettes de graphène "s'enroulent autour des fibres pour former la peau". En ajoutant ces flocons de graphène spéciaux, ils créent des structures conductrices uniques à l'intérieur du tissu. Le tissu conducteur peut ensuite être utilisé pour appliquer une simulation sur le corps, conduire la chaleur ou mesurer en continu les signaux ECG, EDA ou autres. Grafen AB et d'autres entreprises actives dans le domaine des e-textiles, comme Hangzhou Gaoxi Technology, feront des présentations lors de la prochaine conférence TechBlick.
Le graphène dans les supercondensateurs
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Lors de la conférence TechBlick, nous avons mis en évidence un développement intéressant de Thales avec d'excellents résultats. Ici, les électrodes sont produites par dépôt au pistolet d'un mélange de RGO/CNT sur des substrats en aluminium (voir ci-dessous). Actuellement, Thales transfère le processus à Nawa Technologies pour la production de rouleaux et l'emballage final des dispositifs. Lors de la prochaine conférence TechBlick, Thales montrera comment cela a été possible et les derniers développements.
Le graphène dans les batteries à anode de Si
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Le silicium offre des capacités exceptionnelles de stockage volumétrique et gravimétrique du lithium ainsi que de faibles potentiels de charge/décharge. Toutefois, cette capacité de stockage élevée s'accompagne d'importantes variations de volume lors de l'insertion/extraction du lithium, ce qui entraîne une dégradation rapide de la stabilité dimensionnelle du matériau hôte. Varta Micro Innovation, l'un des intervenants du TechBlick, montrera comment le graphène offre une matrice hautement conductrice et mécaniquement stable qui peut supprimer ou amortir cette importante expansion volumique. Grâce à sa nouvelle composition, il peut augmenter de 30 % la capacité des batteries Li-ion.
Raymor et PPG industries montreront également comment leur graphène dérivé du plasma à l'échelle industrielle et leurs formulations uniques peuvent jouer un rôle vital dans les batteries à anode de Si. En effet, ils fournissent le matériau de base de la batterie Si-anode de NanoGraf (anciennement SiNode).
Participez aux événements TechBlick LIVE (en ligne) pour entendre les dernières nouvelles de Varta, Raymor et PPG Industries. Vous pouvez également vous mêler à la communauté de l'innovation tout au long de l'année. Découvrez le fonctionnement de la plateforme d'événements ici
Mise à l'échelle du graphène par CVD R2R
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LG Electronics a augmenté la production de R2R CVD. Ils ont commencé la recherche en 2012 et ont lancé commercialement en 2019. Ils peuvent faire croître du graphène par CVD sur des films de cuivre de 400 mm à un rythme de 60 m par heure (à gauche). Elle peut également traiter des substrats de tranches de silicium de 4 à 6 pouces. Globalement, leur capacité est de quelque 28 800 m²/an. Pour optimiser le processus et offrir un excellent contrôle de la qualité, ils ont construit une base de données de 138 paramètres.
General Graphene Corp a levé 20 millions de dollars pour augmenter et commercialiser le graphène CVD atmosphérique. Elle peut atteindre jusqu'à 100 000 m²/an dans sa production de graphène CVD R2R (image de droite) et vise, entre autres, une application dans le domaine des batteries. Ses données montrent que le graphène CVD sur des électrodes recouvertes de graphite peut améliorer considérablement la longévité des batteries. Elle doit maintenant prouver que cette valeur ajoutée vaut le coût et la complexité supplémentaires.
Pour connaître les dernières nouvelles et rencontrer LG Electronics et General Graphene Corp, veuillez rejoindre la communauté TechBlick.
Le graphène CVD R2R dans les batteries Li ion
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L'électrification des transports entraîne une augmentation massive de la demande de batteries. Le Li ion est bien sûr la principale technologie de batterie. L'un des problèmes des batteries Li ion est la perte de capacité de décharge à des taux de décharge élevés ou après de multiples cycles de charge/décharge.
Le graphène CVD R2R pourrait offrir une solution adéquate. Les résultats ci-dessous proviennent de General Graphene Corp. Ici, le graphène CVD se trouve entre une feuille d'aluminium et une électrode en graphite. Le rôle du graphène CVD est celui d'un protecteur, gardant la composition de l'électrode compacte même si la batterie passe par de nombreux taux de charge-décharge à des taux de C élevés.
Les résultats sont prometteurs. Ils montrent que la batterie avec un graphène CVD à 4 couches peut bien mieux conserver son taux de dicharge par rapport à un collecteur curent comprenant uniquement une amorce conductrice. Il s'agit d'une application intéressante. Le défi, bien sûr, est de la mettre à l'échelle et de la proposer au bon prix pour l'industrie des batteries, qui ne cesse de faire baisser le prix du kWh.
Revêtements anti-corrosion
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Le revêtement anticorrosion apparaît comme l'une des principales applications des revêtements en graphène. Au TechBlick, Gerdau, le plus grand producteur d'acier d'Amérique du Sud, présentera ses derniers résultats, développés en collaboration avec GEIC@Manchester, sur les revêtements anticorrosion à base de graphène. Sans surprise, Tata Steel travaille également sur des revêtements à base de graphène pour protéger l'acier nickelé de l'oxydation dans les boîtiers de batteries. Il est intéressant de noter que Tata Steel déploie le graphène CVD R2R pour cette application. Ceci est différent car la plupart des autres couches anti-corrosion à base de graphène sont basées sur un revêtement en solution.
Quelques résultats sont présentés ci-dessous. Ici, l'acier nickelé vierge (image a) est oxydé avec (image c) et sans (image b) revêtement de graphène CVD. Le matériau non protégé est entièrement oxydé avec des changements clairs dans la microstructure.
Pour connaître les dernières nouvelles et rencontrer Tata Steel et Gerdau, rejoignez la communauté TechBlick.
Applications électroniques et de biodétection du graphène CVD
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Le graphène CVD a longtemps été confiné aux laboratoires. Cependant, il fait maintenant son apparition sur le marché. Un exemple important est celui de Cardea Bio (anciennement Nanomedical Diagnostics) qui commercialise des biocapteurs à base de graphène CVD FET. Cardea Bio a pris l'initiative de développer une solution intégrée à la puce avec de bonnes interfaces (voir l'image de gauche ci-dessous), reliant la biologie aux FET en graphène, aux puces électroniques, aux logiciels basés sur le ML et enfin aux téléphones mobiles et aux applications. Il s'agit d'un bond en avant qui sert de technologie de base configurable.
De même, VTT présentera ses efforts pour développer l'intégration CMOS monolithique des capteurs sensibles en graphène afin de fournir une bioanalyse quantitative sur puce avec des essais biologiques multiplexés (voir image de droite ci-dessous). VTT fait partie d'un écosystème européen lançant une ligne pilote expérimentale 2D (2D-EPL) qui vise à intégrer le graphène et les matériaux 2D dans les plateformes de semi-conducteurs.
Les services de fabrication sous contrat de VTT comprennent le traitement du graphène et l'intégration CMOS sur des plateformes de plaquettes de 100-200 mm, la conception de circuits intégrés pour les capteurs en graphène et l'électronique et les tissus imprimés en graphène.
L'institut SIMIT, en Chine, a également fait la preuve d'une maîtrise fantastique des processus. Il peut produire du graphène monocristallin monocouche de 2 à 8 pouces cultivé sur un film de Cu, un film d'alliage CuNi ou du Ge. Il peut également fournir une tranche de graphène polycristallin directement cultivé sur de l'oxyde de silicium/Si sans couche métallique, ce qui constitue une étape importante. En outre, elle peut fabriquer des films minces de h-BN d'une épaisseur allant d'une couche à plusieurs couches jusqu'à 30 nm.
Grapheal (France) développe des biocapteurs portables et jetables permettant une surveillance continue et un diagnostic sur le terrain (voir image du milieu ci-dessous). Le bandage intelligent est basé sur l'intégration d'une couche monocouche de graphène polycristallin rétroliée sur une couche de polymère biocompatible. Le badge est diagnostique parce qu'il permet de mesurer à distance des paramètres physiques pour suivre l'évolution de la plaien, et il est thérapeutique parce que le graphène fonctionne comme une matrice de croissance et que sa conductivité permet l'application d'impulsions électriques pour accélérer la guérison.
Graphenea a lancé un système de fonderie de graphène, répondant ainsi à un problème majeur de l'industrie. En général, il a été difficile de développer des dispositifs et des applications en graphène, car l'absence d'un écosystème de fonderie signifiait que les développeurs devaient tout maîtriser, de la conception à la croissance CVD en passant par la conception et la fabrication du dispositif. Graphenea peut maintenant faire croître, transférer, métalliser les dés et encapsuler des dispositifs en graphène avec des tailles de caractéristiques de 5 μm, le tout sous un même toit.
En guise de conclusion, le graphène peut également offrir une feuille de route vers le nœud technologique de 1 nm. Le graphique ci-dessous a été développé par ASML sur la base des recherches de l'imec. Il montre comment les feuilles de matériau 2D peuvent être essentielles pour permettre de faire passer le nœud technologique du transistor à 1 nm et au-delà , soutenant ainsi la tendance technologique la plus importante qui a sous-tendu notre vie moderne.
Pour connaître les dernières nouvelles et rencontrer et échanger avec Cardea Bio, Graphenea, VTT, Grapheal, SIMIT et ASML, rejoignez la communauté TechBlick.
[This is automatically translated from English]
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