Il nuovo materiale meraviglioso, il grafene, ha proprietà fantastiche, ad esempio flessibilità, trasparenza e mobilità dei portatori di carica elevata. Uno studio di un team internazionale guidato da David Barbero, assistente professore e leader del gruppo presso l'Università di Umeå, mostra che i polimeri semiconduttori posti su uno strato di grafene trasportano la carica elettrica in modo più efficiente rispetto a quando sono posti su un substrato di silicio.

"La cristallinità dei polimeri semiconduttori cambia quando sono posti su un substrato di grafene rispetto a quando sono posti su silicio, " afferma David Barbero. Ciò influisce fortemente sulle proprietà elettroniche dei materiali. Il grafene migliora il trasporto di carica attraverso il film polimerico, che consente di produrre dispositivi elettronici più efficienti, ad esempio celle solari organiche e OLED, diodi organici emettitori di luce.

Il grafene è uno strato monoatomicamente sottile di atomi di carbonio. Il grafene è più forte dell'acciaio, ma allo stesso tempo leggero e flessibile e può trasportare elettroni alla velocità della luce. Ciò rende il materiale molto interessante come componente in tutto, dalle celle solari flessibili alle batterie avanzate.

Nell'attuale studio gli scienziati hanno utilizzato la diffrazione dei raggi X da sincotrone per studiare come si formano i cristalli in un film sottile di polimeri semiconduttori (plastica) sopra uno strato di grafene, e lo ha confrontato con un film polimerico su un substrato di silicio. La diffrazione dei raggi X è stata effettuata presso il National Synchotron Laboratory della Stanford University, STATI UNITI D'AMERICA. Gli strati di grafene sono stati prodotti presso la McGill University, Canada, mentre i polimeri ultrasottili e le loro proprietà elettroniche sono stati prodotti e caratterizzati nel laboratorio David Barbero dell'Università di Umeå, Svezia.

I risultati, pubblicato sulla rivista Materiali funzionali avanzati , mostrano che i film polimerici su grafene determinano un trasporto di carica verticale molto migliorato rispetto ai film su silicio.

Inoltre, un risultato sorprendente di questo studio è che la mobilità del portatore di carica di un film polimerico più spesso (50 nanometri) era circa 50 volte superiore rispetto al caso di un film polimerico ultra sottile (10 nanometri) depositato su grafene. Uno studio approfondito della cristallinità di questi strati ha rivelato che il film ultrasottile formava lamelle frontali e di bordo ben orientate, mentre un film più spesso formava un mosaico di lamelle ad angoli diversi dal substrato di grafene. Si ritiene che i cristalliti formati ad angoli diversi determinino un trasporto di carica verticale più efficiente e una mobilità dei portatori di carica.

"Questi risultati forniscono una migliore comprensione della cristallizzazione dei polimeri semiconduttori su grafene e dovrebbero aiutare la progettazione di dispositivi organici a base di grafene più efficienti mediante il controllo della cristallinità del film semiconduttore, "dice Davide Barbero.