Grafen producerer mere effektiv transport af en halvledende polymerfilm

Det nye vidundermateriale grafen har fantastiske egenskaber, for eksempel fleksibilitet, gennemsigtighed og høj mobilitet fra ladeoperatører. En undersøgelse foretaget af et internationalt hold ledet af David Barbero, adjunkt og gruppeleder ved Umeå Universitet, viser, at halvledende polymerer placeret på et lag af grafen transporterer elektrisk ladning mere effektivt, end når de placeres på et substrat af silicium.

"Krystalliniteten af ​​de halvledende polymerer ændrer sig, når de placeres på et grafensubstrat sammenlignet med, når de placeres på silicium, " siger David Barbero. Det påvirker i høj grad materialernes elektroniske egenskaber. Grafen forbedrer ladningstransporten gennem polymerfilmen, som gør det muligt at producere mere effektive elektroniske enheder, for eksempel organiske solceller og OLED'er, organiske lysdioder.

Grafen er et monoatomisk tyndt lag af kulstofatomer. Grafen er stærkere end stål, men samtidig let og fleksibel og kan transportere elektroner med lynets hast. Det gør materialet særdeles interessant som komponent i alt fra fleksible solceller til avancerede batterier.

I den aktuelle undersøgelse brugte forskerne synchotron røntgendiffraktion til at studere, hvordan krystaller dannes i en tynd film af halvledende polymerer (plastik) oven på et lag af grafen, og sammenlignede det med polymerfilm på et siliciumsubstrat. Røntgendiffraktionen blev udført på National Synchotron Laboratory ved Stanford University, USA. Grafenlagene blev produceret på McGill University, Canada, mens de ultratynde polymerer og deres elektroniske egenskaber blev produceret og karakteriseret i David Barbero laboratorium ved Umeå Universitet, Sverige.

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer , viser, at polymerfilm på grafen resulterer i en meget forbedret vertikal ladningstransport sammenlignet med film på silicium.

I øvrigt, et overraskende resultat af denne undersøgelse er, at ladningsbærerens mobilitet af en tykkere polymerfilm (50 nanometer) var ca. 50 gange højere end i tilfældet med en ultratynd polymerfilm (10 nanometer) aflejret på grafen. En grundig undersøgelse af krystalliniteten af ​​disse lag afslørede, at den ultratynde film dannede en velorienteret flade-på-og-kant-på-lameller, hvorimod en tykkere film dannede en mosaik af lameller i forskellige vinkler fra grafensubstratet. Krystallitterne dannet i forskellige vinkler menes at resultere i en mere effektiv vertikal ladningstransport og ladningsbærermobilitet.

"Disse resultater giver en bedre forståelse af krystallisationen af ​​halvledende polymerer på grafen og skulle hjælpe med designet af mere effektive grafenbaserede organiske enheder ved at kontrollere krystalliniteten af ​​den halvledende film, " siger David Barbero.