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06 juin 2021, 19:50

NewsBytes Explainer : voici comment le graphène va transformer la technologie des smartphones
Voici comment le graphène transformera les smartphones tels que nous les connaissons

Il est difficile de manquer le graphène même si vous n’êtes intéressé que de manière tangentielle par la technologie. Ce matériau merveilleux couvre un éventail ahurissant d’applications d’ingénierie possibles qui peuvent radicalement améliorer les produits commerciaux.

Pour les non-spécialistes, le graphène constitue essentiellement des atomes de carbone liés selon un motif hexagonal pour former des feuilles d’un seul atome d’épaisseur. Cela fait techniquement du matériau un allotrope de carbone bidimensionnel.

Les transistors au graphène rendront les PCB des smartphones beaucoup plus efficaces

Les transistors au graphène rendront les PCB des smartphones beaucoup plus efficaces
Transistor amélioré au graphène

La structure particulière du graphène en fait un semi-métal sans chevauchement, dans lequel les électrons et les trous servent de porteurs de charge. Cela lui confère une conductivité balistique, ce qui signifie qu’il peut conduire une charge électrique beaucoup plus rapidement et plus efficacement.

Cette propriété permet aux transistors à base de graphène de fonctionner à 300 GHz ou 30 fois plus rapidement que leurs homologues au silicium. Les transistors au graphène sont également beaucoup plus petits, ce qui rend l’électronique plus efficace.

Les semi-conducteurs au graphène sont la prochaine frontière jusqu’à l’arrivée de l’informatique quantique

Les semi-conducteurs au graphène sont la prochaine frontière jusqu'à l'arrivée de l'informatique quantique
Centre de recherche sur les semi-conducteurs au graphène d’IBM

Étant donné que les transistors sont les éléments de base de tout, des processeurs aux écrans, le graphène permettra une miniaturisation accrue de l’électronique. Cela devrait rendre les smartphones, les téléviseurs et autres produits de consommation nettement moins chers et plus puissants.

Les recherches en cours sur les semi-conducteurs au graphène pourraient potentiellement remplacer la technologie existante pour les puces informatiques, tout en servant également de palliatif entre les limites des processeurs actuels à base de silicium et l’informatique quantique.

Les propriétés du graphène peuvent améliorer la durabilité et la praticité des écrans pliables

Les propriétés du graphène peuvent améliorer la durabilité et la praticité des écrans pliables
Samsung expérimente le graphène pour les écrans pliables

Les problèmes de démarrage de Samsung avec ses téléphones pliables sont bien connus, mais la transparence étrange du graphène lui permet de transmettre jusqu’à 97,7 % de la lumière tout en étant conducteur. Cela lui permet de remplacer l’oxyde d’indium et d’étain (ITO) utilisé dans les implémentations existantes.

La conductivité, la résistance et la transparence supérieures du graphène le rendent idéal pour remplacer l’ITO, ce qui peut améliorer considérablement les écrans pliables et les appareils électroniques portables.

Les écrans peuvent enfin passer de pliable à portable

Les écrans peuvent enfin passer de pliable à portable

Parce que le graphène peut rendre les écrans incroyablement fins, flexibles et résistants tout en présentant une incroyable capacité de pliage, c’est la dernière pièce du puzzle qui rendra les écrans enroulables et pliables robustes et pratiques par rapport aux implémentations fragiles actuelles.

Des écrans fins comme du papier aux vêtements qui permettent au porteur de se fondre dans l’environnement, grâce aux propriétés optoélectroniques du graphène, les applications sont illimitées.

Que diriez-vous d’un châssis de smartphone exploitant la lumière pour recharger la batterie ?

Que diriez-vous d'un châssis de smartphone exploitant la lumière pour recharger la batterie ?

L’absorption extrêmement faible de la lumière blanche du graphène combinée à une mobilité élevée des électrons en fait une cellule photovoltaïque efficace tout en étant moins chère et plus durable que les panneaux solaires existants.

De plus, alors que le silicium génère un seul électron pour chaque photon absorbé, le graphène en génère beaucoup plus. Cela donne des cellules solaires suffisamment minces, flexibles et légères pour être intégrées dans les vêtements ou servir de châssis de smartphone.

Des smartphones aux voitures électriques

Le graphène peut rendre les batteries existantes plus durables et plus efficaces

Le graphène peut rendre les batteries existantes plus durables et plus efficaces

Le graphène peut également améliorer le facteur limitant le plus important pour les appareils mobiles et les voitures électriques : la technologie de batterie traditionnelle.

Le simple fait d’introduire des électrodes de graphène dans les batteries lithium-ion existantes augmente leur capacité de dix fois, accélère la recharge et les fait durer plus longtemps entre les charges tout en augmentant leur durabilité.

Cette technologie devrait être commercialisée relativement plus tôt et pourrait tout améliorer, des smartphones aux voitures électriques.

Cependant, la véritable application de tueur de graphène est les supercondensateurs

Cependant, la véritable application de tueur de graphène est les supercondensateurs

Bien que les batteries améliorées au graphène soient excellentes, la véritable application qui tue implique les supercondensateurs. Ces électroniques de puissance sont comme des batteries normales mais se chargent en une fraction de seconde comme les condensateurs traditionnels.

La densité d’énergie limitée des supercondensateurs actuels limite considérablement leur durée de sauvegarde. Cependant, la grande surface de l’allotrope de carbone bidimensionnel lui permet de fournir une densité d’énergie suffisante pour rendre les supercondensateurs viables en tant que batteries.

Créer des smartphones fins et légers pratiquement indestructibles

Créer des smartphones fins et légers pratiquement indestructibles

Selon les recherches menées par James Hone de l’Université de Columbia, “Il faudrait un éléphant, en équilibre sur un crayon, pour percer une feuille de graphène de l’épaisseur de Saran Wrap.”

Pour être plus précis, le graphène est 200 fois plus résistant que l’acier en poids, tout en arborant dix fois sa résistance aux chocs. Le résultat est essentiellement des smartphones plus minces et plus légers qui peuvent toujours être pratiquement indestructibles.

Le graphène a besoin de plus de R&D avant de pouvoir être commercialement viable

Le graphène a besoin de plus de R&D avant de pouvoir être commercialement viable

La structure physique unique du graphène lui permet de présenter une force, une flexibilité et une durabilité incroyables tout en présentant une conductivité électrique impressionnante et un faible poids.

Alors que la recherche sur le matériau est en cours depuis le début des années 2000, sa synthèse à moindre coût à grande échelle reste toujours un obstacle important empêchant sa mise en œuvre dans des produits commerciaux.

On estime encore qu’il faudra attendre cinq à dix ans pour que les applications grand public soient significatives.

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