Une équipe de chercheurs de l'Instituto de Carboquímica du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) a fait un pas en avant remarquable dans le développement d'appareils électroniques efficaces et durables. Ils ont trouvé une combinaison spéciale de deux nanomatériaux extraordinaires qui aboutit à un nouveau produit hybride capable de transformer la lumière en électricité, et vice versa, plus rapidement que les matériaux conventionnels.
La recherche est publiée dans la revue Chemistry of Materials .
Ce nouveau matériau est constitué d'un polymère conducteur unidimensionnel appelé polythiophène, ingénieusement intégré à un dérivé bidimensionnel du graphène appelé oxyde de graphène. Les caractéristiques uniques présentées par ce matériau hybride sont incroyablement prometteuses pour améliorer l'efficacité des appareils optoélectroniques, tels que les écrans d'appareils intelligents et les panneaux solaires, entre autres.
Le Dr Wolfgang Maser, chercheur principal du projet, explique :« Grâce à notre stratégie de synthèse, le polymère adopte une structure particulière sous forme de nanoparticules dispersibles dans l'eau, qui favorise un contact intime avec les feuilles d'oxyde de graphène. » Ce contact entraîne à son tour des modifications du comportement électrique au sein du polymère, augmentant considérablement son efficacité électrique.
Le Dr Ana Benito, co-chercheuse principale du projet et dirigeant aux côtés du Dr Maser du groupe Carbon Nanostructures and Nanotechnology (G-CNN), déclare :« Nous avons été particulièrement intrigués par les propriétés optiques, électriques et électrochromiques avantageuses du polythiophène. . Alors qu'il générait de l'électricité lors de l'éclairage et émettait de la lumière lorsqu'il était alimenté en électricité, sa réponse était lente. "
"Après avoir étudié de manière approfondie l'oxyde de graphène, un nanomatériau dérivé du graphène qui possède des propriétés uniques, est dispersible dans l'eau et facile à produire, l'équipe a émis l'hypothèse que la combinaison des deux matériaux permettrait de surmonter les limitations électroniques inhérentes au polymère", souligne le Dr Maser. .
"Notre concept original était de modifier le polythiophène, en le transformant en petites nanosphères appelées nanoparticules, qui pourraient être facilement combinées avec l'oxyde de graphène. De plus, cette méthodologie nous a permis de travailler en dispersions aqueuses, ce qui est extrêmement difficile avec ce type de polymères", souligne Dr Benito.
"Au départ, nous n'avons observé aucun changement dans les propriétés électroniques du matériau. Cependant, lorsque nous l'avons analysé en profondeur, nous avons constaté que les nouveaux matériaux facilitaient des phénomènes de transport d'électrons rapides et inhabituels, si rapides que nous n'étions pas en mesure de le suivre au départ. avec les techniques standards."
La collaboration avec des chercheurs des universités de Murcie, Carthagène et Saragosse a été essentielle pour confirmer la pertinence de leurs résultats.
Cette découverte révolutionnaire a des implications significatives pour une grande variété d'applications technologiques, notamment la fabrication d'écrans flexibles intelligents, d'appareils électroniques portables ou de papier électronique hautement efficace.
Eduardo Colom, l'auteur principal de l'article qui étudie les matériaux hybrides dans son doctorat. "Les appareils construits avec ce nouveau matériau présenteraient une efficacité supérieure, un poids réduit, une flexibilité améliorée et une plus grande durabilité, tout cela grâce à l'utilisation de matériaux respectueux de l'environnement dotés de propriétés électriques exceptionnelles."
En outre, cette avancée pourrait également accroître l'efficacité des cellules solaires organiques en captant une plus grande quantité de lumière solaire de manière plus efficace et plus rentable.
Les auteurs soulignent en outre :"Nous pourrions être en mesure de fabriquer des appareils électroniques plus efficaces sur le plan énergétique, qui consomment moins d'énergie tout en fournissant des réponses plus rapides. Ces résultats nous poussent vers un avenir basé sur une technologie plus avancée et plus durable."
La synthèse de ce nouveau matériau hybride représente une étape importante vers la durabilité, car elle repose sur l'eau comme solvant, évitant ainsi l'utilisation de produits chimiques toxiques habituellement utilisés dans les méthodologies actuelles. Cela pourrait potentiellement réduire l'impact environnemental associé à la fabrication d'appareils électroniques.
De plus, la stratégie de synthèse utilisée pourrait être étendue à d’autres polymères conducteurs, favorisant ainsi des implications importantes dans les applications technologiques. Cette découverte représente une réalisation importante dans la conception durable de nouvelles architectures pour les dispositifs optoélectroniques hautes performances.
L'équipe de chercheurs du groupe G-CNN s'est concentrée ces derniers temps sur la création de nanomatériaux hautement fonctionnels et durables. Ces nanomatériaux polyvalents trouvent leur utilité dans un large éventail d'applications, allant de la génération d'énergies propres, telles que l'hydrogène vert, à la catalyse, au stockage d'énergie ou même à la préservation du patrimoine, au développement de (bio)capteurs et au traitement des maladies.
Plus d'informations : Eduardo Colom et al, Oxyde de graphène :clé de l'extraction efficace des charges et de la suppression du transport polaronique dans les hybrides avec des nanoparticules de poly (3-hexylthiophène), Chimie des matériaux (2023). DOI :10.1021/acs.chemmater.3c00008
Informations sur le journal : Chimie des matériaux
Fourni par le Conseil national espagnol de la recherche
