Grafen-baserede fjernstyrede molekylære switche

Forestil dig en verden, hvor du kan skræddersy egenskaberne af grafen til at få det resultat, du ønsker. Ved at kombinere dets unikke egenskaber med præcisionen af ​​molekylær kemi, forskere fra Graphene Flagship har taget de første skridt hen imod at gøre netop det. I deres papir offentliggjort den 7. april i Naturkommunikation en international gruppe af flagskibsforskere viser, hvordan det er muligt at skabe lysfølsomme grafen-baserede enheder, baner vejen for mange applikationer, herunder fotosensorer og endda optisk kontrollerbare hukommelser.

The Graphene Flagship er et europæisk initiativ, der fremmer en samarbejdstilgang til forskning med det formål at hjælpe med at oversætte grafen og relaterede materialer fra laboratoriet, gennem industrien og ind i samfundet. Den tværfaglige karakter af det arbejde, der er offentliggjort i dette papir, som blev ledet af Prof. Paolo Samorì fra Université de Strasbourg &CNRS i Frankrig, blev lettet af flagskibet og dets samarbejdstilgang, især med professor Andrea Ferrari fra Cambridge Graphene Center. Som prof. Samorì forklarer "at udmærke sig i tværfaglig forskning kræver en fælles indsats fra en kohorte af fremragende grupper med komplementære færdigheder, og EC Graphene Flagship-projektet er den ideelle platform til at få dette til at ske."

Værket viser, hvordan ved at kombinere molekyler, der er i stand til at ændre deres konformation som følge af lysbestråling med grafitpulver, man kan fremstille koncentreret grafenblæk ved flydende faseeksfoliering. Disse grafenblæk kan derefter bruges til at lave enheder, som når de udsættes for UV og synligt lys, er i stand til at fotoskifte strøm på en reversibel måde.

Papiret demonstrerer den spændende idé om at kombinere grafen med en fotokrom molekylær switch. Her fandt forskerne ud af, at et ideelt molekyle er 4-(decyloxy)azobenzen. Denne kommercielt tilgængelige alkoxy-substituerede azobenzen har en høj affinitet til grafenens basalplan, derved hindrer stabling mellem flager. Når det udsættes for UV-lys, skifter dette azobenzenmolekyle fra trans- til cis-isomeren (hvor cis-isomeren er betydeligt mere omfangsrig end trans-formen). Vigtigt med henblik på molekylære switches er denne proces fuldt reversibel ved simpel eksponering af prøven for hvidt lys.

Ved at deponere grafen-azobensen-blækket på et SiO2-substrat mønstret med guldelektroder lavede forfatterne en lysmoduleret molekylær switch. Fordi trans-til-cis-isomeriseringen er fuldt reversibel ved simpel påføring af hvidt lys, denne molekylære switch er også fuldt reversibel, hvilket er en meget vigtig faktor for at skabe optisk kontrollerede hukommelser.

"Dette papir giver i det væsentlige en ekstra fjernbetjening til en grafen-baseret elektrisk enhed blot ved eksponering for lys ved specifikke bølgelængder." siger prof. Samorì "Dette er det første skridt i retning af udviklingen af ​​grafenbaserede multikomponentmaterialer og deres anvendelse til fremstilling af multifunktionelle enheder-hvis du forestiller dig en sandwichlignende flerlagsstruktur med grafenark adskilt af flere lag, hver integreret en anden funktionel molekylær komponent. Hver funktionel komponent giver derfor en ny stimuli-responsiv karakter til materialet, som kan reagere på forskellige uafhængige input som lys, magnetfelt, elektrokemiske stimuli, etc, fører til en multi-responsiv grafenbaseret nanokomposit."

"Graphene-flagskibet handlede altid om kombinationen af ​​grafen og andre materialer for at danne nye hybridstrukturer, "sagde prof. Ferrari, som også er formand for Flagship Management Panel. "Dette arbejde er et interessant bevis på princippet om dette koncept og den tværfaglige karakter af Flagship Research:Chemistry, Fysik, Ingeniørarbejde, Grundlæggende videnskab og optik, kom sammen under Flagship-paraplyen for at udvikle nye spændende enhedskoncepter."