23 juin 2023

La formation d’ondes optiques stationnaires conduit à un chauffage laser en fonction de la hauteur de la bulle de garphène, ce qui entraîne des oscillations de la bande Raman lors du balayage du spot laser à travers la bulle. Le profil de la bulle sous illumination laser peut être déduit des oscillations en bande Raman G. Un gonflement distinct au centre de la bulle est observé qui est attribué au fort ramollissement du graphène au-dessus de 1000 °C.

Le graphène a des propriétés mécaniques supérieures. Seules quelques études théoriques sont disponibles sur le module d’élasticité du graphène jusqu’à 700 ° C et aucune étude expérimentale n’a été rapportée à ce jour sur les propriétés élastiques du graphène à des températures élevées.

Nous avons revisité les données spectrales Raman des bulles de graphène car un examen plus approfondi des oscillations Raman a indiqué des oscillations plus petites au centre de la bulle. Notre analyse spectrale montre un net « gonflement » au centre de la bulle où la température est la plus élevée, et la température au bord du gonflement se révèle proche de 1000 °C. Lors de la prise en compte du transport de chaleur à travers le graphène uniquement, des expressions analytiques de la température sont dérivées. La température ainsi déterminée dépasse 2000 °C au centre de la bulle.

Lorsque l’on inclut la conduction thermique à travers le gaz à l’intérieur de la bulle en utilisant une analyse de volume fini, on constate que la conduction thermique à travers le gaz dans la bulle est significative et abaisse la température maximale au centre de la bulle en dessous à 1400 °C.

L’apparition d’un gonflement dans les grosses bulles de graphène lorsqu’elles sont chauffées par laser pourrait éventuellement trouver une application pour créer un trou central dans les membranes de graphène. Ce travail est une collaboration entre 2 laboratoires de Toulouse (Laplace, CEMES) et un laboratoire en Corée du Sud (CMCM à l’UNIST).

Publication :

Probing elastic properties of graphene and heat conduction in graphene bubbles above 1000 ◦C
Bacsa, F. Topin, M. Miscevic, J.M. Hill, Y. Huang, R.S. Ruoff
Physical Review B 107, 195433 (2023)
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.195433

Contact :
Wolfgang Bacsa | wolfgang.bacsa[chez]cemes.fr