Le nouveau matériau miracle, le graphène, a des propriétés fantastiques, par exemple la flexibilité, transparence et mobilité des porteurs de charges élevées. Une étude d'une équipe internationale dirigée par David Barbero, professeur assistant et chef de groupe à l'Université d'Umeå, montre que les polymères semi-conducteurs placés sur une couche de graphène transportent la charge électrique plus efficacement que lorsqu'ils sont placés sur un substrat de silicium.

"La cristallinité des polymères semi-conducteurs change lorsqu'ils sont placés sur un substrat de graphène par rapport à lorsqu'ils sont placés sur du silicium, " explique David Barbero. Cela affecte fortement les propriétés électroniques des matériaux. Le graphène améliore le transport de charges à travers le film polymère, qui permet de produire des appareils électroniques plus performants, par exemple les cellules solaires organiques et les OLED, diodes électroluminescentes organiques.

Le graphène est une couche mince monoatomique d'atomes de carbone. Le graphène est plus résistant que l'acier, mais en même temps léger et flexible et peut transporter des électrons à la vitesse de l'éclair. Cela rend le matériau très intéressant en tant que composant dans tout, des cellules solaires flexibles aux batteries avancées.

Dans la présente étude, les scientifiques ont utilisé la diffraction des rayons X synchotron pour étudier comment les cristaux se forment dans un film mince de polymères semi-conducteurs (plastique) au-dessus d'une couche de graphène, et l'a comparé avec un film polymère sur un substrat de silicium. La diffraction des rayons X a été réalisée au National Synchotron Laboratory de l'Université de Stanford, ETATS-UNIS. Les couches de graphène ont été produites à l'Université McGill, Canada, tandis que les polymères ultrafins et leurs propriétés électroniques ont été produits et caractérisés dans le laboratoire David Barbero de l'université d'Umeå, Suède.

Les résultats, publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés , montrent que les films polymères sur graphène entraînent un transport de charge vertical bien amélioré par rapport aux films sur silicium.

De plus, un résultat surprenant de cette étude est que la mobilité des porteurs de charge d'un film polymère plus épais (50 nanomètres) était environ 50 fois plus élevée que dans le cas d'un film polymère ultra fin (10 nanomètres) déposé sur du graphène. Une étude approfondie de la cristallinité de ces couches a révélé que le film ultramince formait des lamelles bien orientées de face et de bord, alors qu'un film plus épais a formé une mosaïque de lamelles à différents angles du substrat de graphène. On pense que les cristallites formées à différents angles entraînent un transport de charge vertical et une mobilité des porteurs de charge plus efficaces.

"Ces résultats permettent de mieux comprendre la cristallisation des polymères semi-conducteurs sur le graphène et devraient aider à la conception de dispositifs organiques à base de graphène plus efficaces par le contrôle de la cristallinité du film semi-conducteur, ", dit David Barbero.