- Les trois différentes Composantes Structurales de Base de la cristallite moyenne à partir de la proportion desquelles tout matériau graphénique peut être décrit : la composante "Turbostratique", ou la séquence d’empilement du graphène est en désordre rotationnel ; la composante "Paire AB", pour laquelle les graphènes s’agencent par paires qui sont en désordre turbostratique les unes par rapport aux autres ; la composante "Bernal" pour laquelle tous les graphènes impliqués suivent la séquence ABAB… de la structure hexagonale du graphite.
Beaucoup des propriétés d’un matériau graphénique dépendent des dimensions de la cristallite moyenne, en particulier de la dimension La dans le plan des couches. La mesure de celle-ci est essentielle et généralement menée par diffraction des RX (DRX). La nature bidimensionnelle de la composante turbostratique complique cependant l’analyse par DRX et, depuis 80 ans, différentes méthodes d’ajustement et de correction ont été développées pour mesurer cette valeur sans parvenir à un résultat satisfaisant et univoque.
Pour résoudre le problème, le CEMES a eu l’idée de l’inverser : plutôt que d’ajuster les DRX expérimentaux par des fonctions préexistantes pour approcher la mesure (approche "top-down"), des fonctions paramétrées sont construites à partir d’une modélisation atomistique de la cristallite moyenne, et on ajuste par le calcul les DRX correspondants pour différentes valeurs de La (approche "bottom-up"). Le spectre calculé qui ajuste le mieux le DRX expérimental donne La. La clef du succès de la méthode a été de considérer la cristallite moyenne comme constituée de trois Composantes Structurales de Base (BSC) de proportions variables, correspondant à trois configurations d’empilement : "Turbostratique", "Paire AB", et "Bernal" (cf. Fig.). Ainsi, pour un carbone graphitable, la cristallite moyenne évolue de 100% "Turbostratique" en début de carbonisation (< 1500°C) à 100% "Bernal" en fin de graphitation (vers 3000°C), en passant par des combinaisons où les trois BSCs coexistent. La méthode donne aussi accès à de nouveaux paramètres structuraux tel que la proportion respective des trois BSCs, et le paramètre Lc’ caractérisant la hauteur de la composante moyenne "Bernal" au sein d’une cristallite en cours de graphitation.
La méthode est valide pour tout type de matériau graphénique quels que soient la nature de son précurseur et son degré de maturation structurale.
Référence
New insight on carbonisation and graphitisation mechanisms as obtained from a bottom-up analytical approach of X-ray diffraction patterns.
Puech P., Dabrowska A, Ratel-Ramond N., Vignoles G., Monthioux M.
Carbon 147 (2019) 602-611.