Optoelektronika grafeno-organiczna

Grafen, forma grafitu o grubości jednego atomu, został okrzyknięty cudownym materiałem. Rozwijające się w szybkim tempie efektywne kosztowo techniki drukowania już teraz wykorzystują niezwykłe właściwości grafenu, aby ostatecznie opracować bardziej złożone urządzenia elektroniczne. Przy całym jego potencjale, jako materiału dla miniaturowych, elastycznych i przezroczystych urządzeń, potrzebne są dalsze badania nad strukturami hybrydowymi na bazie grafenu o odpowiednio dostosowanych właściwościach.

W związku z powyższym, naukowcy uruchomili finansowany ze środków UE projekt "Graphene supramolecular electronics: A life-long training career development project" (GREAT). Zespół projektowy miał wyregulować właściwości grafenu poprzez sfunkcjonalizowanie ich molekułami organicznymi. W porównaniu z czystym grafenem, takie hybrydowe struktury grafeno-organiczne mają wyższe właściwości, w tym lepszą przewodność, ruchliwość ładunków i wytrzymałość mechaniczną.

Naukowcy zaprojektowali i zoptymalizowali niskonakładowe i skalowalne procesy, aby uzyskać dyspersje fazy ciekłej grafenu eksfoliowanego. Zbadano i scharakteryzowano rożne molekuły organiczne, które pełniły rolę grup funkcjonalnych, gdzie alkany i molekuły długich łańcuchów alifatycznych skutkowały wysokowydajną produkcją grafenu jednowarstwowego.

GREAT wykorzystał techniki przetwarzania na mokro w celu wytworzenia dyspersji sfunkcjonalizowanego grafenu, uzyskując w ten sposób cienkie warstwy hybrydowe o grubości ok. 100 nm. Stosując różne grupy końcowe molekuł organicznych w procesie eksfoliacji, naukowcy mogli uzyskać reagujące na bodźce hybrydowe materiały grafeno-organiczne, które w przyszłości mogą być wykorzystane na potrzeby elektroniki wielofunkcyjnej.

W szczególności, okazało się, że molekuły fotochromowe mają duży wpływ na przełączniki optoelektroniczne na bazie grafenu. Ponadto, w konfiguracjach urządzenia dwuzaciskowego, właściwości elektryczne cienkich warstw hybrydowych grefeno-azobenzenowych można odwracalnie modulować zmieniając naprzemiennie cykle naświetlania promieniowaniem UV lub widzialnym.

Projekt GREAT w znacznym zakresie przyczynił się do zrozumienia w molekularnej skali innowacyjnych technologii na bazie elektroniki organicznej, które mogą zastąpić te używane obecnie. Opracowane hybrydowe systemy grafeno-organiczne również mają duży potencjał w zakresie sterowanych światłem przełączników pamięciowych i wysokoczułych fotoczujników.