Het nieuwe wondermateriaal grafeen heeft fantastische eigenschappen, bijvoorbeeld flexibiliteit, transparantie en hoge mobiliteit van ladingdragers. Een onderzoek door een internationaal team onder leiding van David Barbero, assistent-professor en groepsleider aan de Universiteit van Umeå, laat zien dat halfgeleidende polymeren die op een laag grafeen zijn geplaatst, elektrische lading efficiënter transporteren dan wanneer ze op een substraat van silicium worden geplaatst.

"De kristalliniteit van de halfgeleidende polymeren verandert wanneer ze op een grafeensubstraat worden geplaatst in vergelijking met wanneer ze op silicium worden geplaatst, ", zegt David Barbero. Dat heeft een sterke invloed op de elektronische eigenschappen van de materialen. Grafeen verbetert het ladingstransport door de polymeerfilm, die het mogelijk maakt om efficiëntere elektronische apparaten te produceren, bijvoorbeeld organische zonnecellen en OLED's, organische lichtgevende dioden.

Grafeen is een monoatomisch dunne laag koolstofatomen. Grafeen is sterker dan staal, maar tegelijkertijd licht en flexibel en kan bliksemsnel elektronen vervoeren. Dat maakt het materiaal zeer interessant als onderdeel van alles, van flexibele zonnecellen tot geavanceerde batterijen.

In de huidige studie gebruikten de wetenschappers synchotron-röntgendiffractie om te bestuderen hoe kristallen worden gevormd in een dunne film van halfgeleidende polymeren (plastic) bovenop een laag grafeen, en vergeleek het met polymeerfilm op een siliciumsubstraat. De röntgendiffractie werd uitgevoerd in het National Synchotron Laboratory van Stanford University, VS. De grafeenlagen werden geproduceerd aan de McGill University, Canada, terwijl de ultradunne polymeren en hun elektronische eigenschappen werden geproduceerd en gekarakteriseerd in het David Barbero-laboratorium aan de Universiteit van Umeå, Zweden.

De resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen , laten zien dat polymeerfilms op grafeen resulteren in een veel verbeterd verticaal ladingstransport in vergelijking met films op silicium.

Bovendien, een verrassend resultaat van deze studie is dat de mobiliteit van de ladingsdragers van een dikkere polymeerfilm (50 nanometer) ongeveer 50 keer hoger was dan in het geval van een ultradunne polymeerfilm (10 nanometer) afgezet op grafeen. Een grondige studie van de kristalliniteit van deze lagen onthulde dat de ultradunne film een ​​goed georiënteerde face-on en edge-on lamellen vormde, terwijl een dikkere film een ​​mozaïek van lamellen vormde onder verschillende hoeken van het grafeensubstraat. Aangenomen wordt dat de onder verschillende hoeken gevormde kristallieten resulteren in een efficiënter verticaal ladingstransport en een efficiëntere mobiliteit van ladingsdragers.

"Deze resultaten geven een beter begrip van de kristallisatie van halfgeleidende polymeren op grafeen en zouden moeten helpen bij het ontwerpen van efficiëntere op grafeen gebaseerde organische apparaten door controle van de kristalliniteit van de halfgeleidende film, ' zegt David Barbero.