Grafeen – een één atoom dik vel koolstof met zeer wenselijke elektrische eigenschappen, flexibiliteit en kracht – veelbelovend voor toekomstige elektronica, geavanceerde zonnecellen, beschermende coatings en andere toepassingen, en door het te combineren met andere materialen kan het assortiment nog verder worden uitgebreid.

Experimenten in het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy keken naar de eigenschappen van materialen die grafeen combineren met een veelvoorkomend type halfgeleidend polymeer. Ze ontdekten dat een dunne film van het polymeer de elektrische lading nog beter transporteerde wanneer deze op een enkele laag grafeen werd gekweekt dan wanneer deze op een dunne laag silicium werd geplaatst.

"Onze resultaten zijn een van de eersten die het ladingstransport in deze materialen in verticale richting meten - de richting waarin lading zich voortplant in organische fotovoltaïsche apparaten zoals zonnecellen of in lichtemitterende diodes, " zei David Barbero van de Universiteit van Umeå in Zweden, leider van het internationale onderzoeksteam dat de experimenten uitvoerde bij SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit. "Het resultaat was enigszins verwacht, omdat grafeen en silicium verschillende kristallijne structuren en elektrische eigenschappen hebben."

Maar het team ontdekte ook iets heel onverwachts, hij zei.

Hoewel algemeen werd aangenomen dat een dunnere polymeerfilm elektronen in staat zou stellen sneller en efficiënter te reizen dan een dikkere film, Barbero en zijn team ontdekten dat een polymeerfilm van ongeveer 50 nanometer dik de lading ongeveer 50 keer beter geleidt wanneer deze op grafeen wordt afgezet dan dezelfde film van ongeveer 10 nanometer dik.

Het team concludeerde dat de structuur van de dikkere film, die bestaat uit een mozaïek van kristallieten die onder verschillende hoeken zijn georiënteerd, vormt waarschijnlijk een continu pad van onderling verbonden kristallen. Dit, zij theoretiseren, zorgt voor gemakkelijker ladingtransport dan in een gewone dunne film, wiens dunne, plaatachtige kristalstructuren zijn evenwijdig aan de grafeenlaag georiënteerd.

Door de dikte en kristallijne structuur van de halfgeleidende film beter te beheersen, het kan mogelijk zijn om nog efficiëntere op grafeen gebaseerde organische elektronische apparaten te ontwerpen.

"De velden die het meest van dit werk zullen profiteren, zijn waarschijnlijk fotovoltaïsche apparaten van de volgende generatie en flexibele elektronische apparaten, "zei Barbero. "Omdat grafeen dun is, lichtgewicht en flexibel, er zijn een aantal mogelijke toepassingen."