Un matériau en polymère semi-conducteur placé au-dessus du graphène conduit extrêmement bien la charge électrique et peut permettre de nouveaux appareils électroniques. Ce travail a fait la couverture de la revue Matériaux fonctionnels avancés . Crédit :David Barbero
Graphène - une feuille de carbone d'un atome d'épaisseur avec des propriétés électriques hautement souhaitables, flexibilité et résistance - montre de grandes promesses pour l'électronique future, cellules solaires avancées, revêtements protecteurs et autres utilisations, et sa combinaison avec d'autres matériaux pourrait étendre encore plus sa gamme.
Des expériences menées au laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie ont examiné les propriétés des matériaux qui combinent le graphène avec un type commun de polymère semi-conducteur. Ils ont découvert qu'un film mince de polymère transportait encore mieux la charge électrique lorsqu'il était cultivé sur une seule couche de graphène que lorsqu'il était placé sur une fine couche de silicium.
"Nos résultats sont parmi les premiers à mesurer le transport de charge dans ces matériaux dans la direction verticale - la direction dans laquelle la charge se déplace dans les dispositifs photovoltaïques organiques comme les cellules solaires ou dans les diodes électroluminescentes, " a déclaré David Barbero de l'Université d'Umeå en Suède, chef de l'équipe de recherche internationale qui a réalisé les expériences à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du SLAC, une installation utilisateur du DOE Office of Science. « Le résultat était quelque peu attendu, parce que le graphène et le silicium ont des structures cristallines et des propriétés électriques différentes."
Mais l'équipe a aussi découvert quelque chose de très inattendu, il a dit.
Bien qu'il ait été largement admis qu'un film polymère plus mince devrait permettre aux électrons de voyager plus rapidement et plus efficacement qu'un film plus épais, Barbero et son équipe ont découvert qu'un film polymère d'environ 50 nanomètres d'épaisseur conduisait une charge environ 50 fois meilleure lorsqu'il était déposé sur du graphène que le même film d'environ 10 nanomètres d'épaisseur.
Des études menées à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford ont révélé que lorsqu'elles sont déposées au sommet du graphène, un film polymère plus épais (en haut) a conduit une charge nettement meilleure qu'un film polymère plus mince (en bas). Ceci est probablement dû au fait que l'orientation des cristallites polymères à l'intérieur du film épais permet la formation d'un chemin continu pour l'écoulement de la charge. Crédit :David Barbero
L'équipe a conclu que la structure du film plus épais, qui consiste en une mosaïque de cristallites orientées sous différents angles, forme probablement une voie continue de cristaux interconnectés. Cette, ils théorisent, permet un transport de charge plus facile que dans un film mince ordinaire, dont mince, les structures cristallines en forme de plaque sont orientées parallèlement à la couche de graphène.
En contrôlant mieux l'épaisseur et la structure cristalline du film semi-conducteur, il peut être possible de concevoir des dispositifs électroniques organiques à base de graphène encore plus efficaces.
« Les domaines les plus susceptibles de bénéficier de ces travaux sont probablement les dispositifs photovoltaïques de nouvelle génération et les dispositifs électroniques flexibles, " a déclaré Barbero. "Parce que le graphène est mince, léger et souple, il y a un certain nombre d'applications potentielles."
