Un materiale costituito da un polimero semiconduttore posto sopra il grafene conduce la carica elettrica molto bene e può consentire nuovi dispositivi elettronici. Questo lavoro è apparso sulla copertina del giornale Materiali funzionali avanzati . Credito:David Barbero
Grafene:un foglio di carbonio dello spessore di un atomo con proprietà elettriche altamente desiderabili, flessibilità e forza - mostra una grande promessa per l'elettronica futura, celle solari avanzate, rivestimenti protettivi e altri usi, e combinarlo con altri materiali potrebbe ampliare ulteriormente la sua gamma.
Gli esperimenti presso il Laboratorio nazionale dell'acceleratore SLAC del Dipartimento dell'energia hanno esaminato le proprietà dei materiali che combinano il grafene con un tipo comune di polimero semiconduttore. Hanno scoperto che un film sottile del polimero trasportava la carica elettrica ancora meglio se cresciuto su un singolo strato di grafene rispetto a quando era posto su un sottile strato di silicio.
"I nostri risultati sono tra i primi a misurare il trasporto di carica in questi materiali nella direzione verticale, la direzione in cui viaggia la carica nei dispositivi fotovoltaici organici come le celle solari o nei diodi emettitori di luce, " ha detto David Barbero dell'Università di Umeå in Svezia, capo del gruppo di ricerca internazionale che ha eseguito gli esperimenti presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) di SLAC, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. "Il risultato era alquanto atteso, perché grafene e silicio hanno strutture cristalline e proprietà elettriche diverse".
Ma il team ha anche scoperto qualcosa di molto inaspettato, Egli ha detto.
Sebbene fosse opinione diffusa che un film polimerico più sottile dovesse consentire agli elettroni di viaggiare più velocemente e in modo più efficiente rispetto a un film più spesso, Barbero e il suo team hanno scoperto che un film polimerico di circa 50 nanometri di spessore conduce una carica circa 50 volte meglio quando depositato sul grafene rispetto allo stesso film di circa 10 nanometri di spessore.
Gli studi condotti presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource hanno rivelato che quando depositati sopra il grafene, un film di polimero più spesso (in alto) ha condotto una carica significativamente migliore di un film di polimero più sottile (in basso). Ciò è probabilmente dovuto al fatto che l'orientamento dei cristalliti polimerici all'interno del film spesso consente la formazione di un percorso continuo per il flusso della carica. Credito:David Barbero
Il team ha concluso che la struttura del film più spesso, che consiste in un mosaico di cristalliti orientati secondo diverse angolazioni, probabilmente forma un percorso continuo di cristalli interconnessi. Questo, loro teorizzano, consente un trasporto della carica più semplice rispetto a un normale film sottile, il cui magro, le strutture cristalline a forma di piastra sono orientate parallelamente allo strato di grafene.
Controllando meglio lo spessore e la struttura cristallina del film semiconduttore, potrebbe essere possibile progettare dispositivi elettronici organici a base di grafene ancora più efficienti.
"I campi che più probabilmente trarranno beneficio da questo lavoro sono probabilmente i dispositivi fotovoltaici di prossima generazione e i dispositivi elettronici flessibili, — disse Barbero. — Perché il grafene è sottile, leggero e flessibile, ci sono una serie di potenziali applicazioni."
