Stel je een wereld voor waarin je de eigenschappen van grafeen kunt aanpassen om het gewenste resultaat te krijgen. Door zijn unieke eigenschappen te combineren met de precisie van moleculaire chemie, wetenschappers van het Graphene Flagship hebben de eerste stappen gezet om precies dat te doen. In hun paper gepubliceerd op 7 april in Natuurcommunicatie een internationale groep van Flagship-wetenschappers laat zien hoe het mogelijk is om lichtgevoelige op grafeen gebaseerde apparaten te maken, de weg vrijmaken voor vele toepassingen, waaronder fotosensoren en zelfs optisch bestuurbare geheugens.

Het Graphene Flagship is een Europees initiatief dat een gezamenlijke benadering van onderzoek promoot met als doel grafeen en verwante materialen uit het laboratorium te vertalen, via de industrie en in de samenleving. Het multidisciplinaire karakter van het werk dat in dit artikel wordt gepubliceerd, die werd geleid door Prof. Paolo Samorì van de Université de Strasbourg &CNRS in Frankrijk, werd gefaciliteerd door het vlaggenschip en zijn gezamenlijke aanpak, in het bijzonder met Prof. Andrea Ferrari van het Cambridge Graphene Centre. Zoals Prof. Samorì uitlegt "uitblinken in interdisciplinair onderzoek vereist een gezamenlijke inspanning van een cohort van uitstekende groepen met complementaire vaardigheden, en het EC Graphene Flagship-project is het ideale platform om dit mogelijk te maken."

Het werk laat zien hoe, door moleculen te combineren die hun conformatie kunnen veranderen als gevolg van bestraling met grafietpoeder, men kan geconcentreerde grafeeninkt produceren door afschilfering in de vloeibare fase. Deze grafeeninkten kunnen vervolgens worden gebruikt om apparaten te maken die, bij blootstelling aan UV en zichtbaar licht, zijn in staat om de stroom op een omkeerbare manier door foto's te schakelen.

Het artikel demonstreert het opwindende idee om grafeen te combineren met een fotochrome moleculaire schakelaar. Hier ontdekten de onderzoekers dat een ideaal molecuul 4-(decyloxy)azobenzeen is. Dit commercieel verkrijgbare alkoxy-gesubstitueerde azobenzeen heeft een hoge affiniteit voor het basale vlak van grafeen, waardoor het stapelen van vlokken tussen de vlokken wordt belemmerd. Bij blootstelling aan UV-licht schakelt dit azobenzeenmolecuul over van het trans- naar het cis-isomeer (waarbij het cis-isomeer aanzienlijk omvangrijker is dan de trans-vorm). Belangrijk voor moleculaire schakelaars is dat dit proces volledig omkeerbaar is door de eenvoudige blootstelling van het monster aan wit licht.

Door de grafeen-azobenzeen-hybride-inkt af te zetten op een SiO2-substraat met een patroon van gouden elektroden, maakten de auteurs een licht-gemoduleerde moleculaire schakelaar. Omdat de trans-naar-cis-isomerisatie volledig omkeerbaar is door de eenvoudige toepassing van wit licht, deze moleculaire schakelaar is ook volledig omkeerbaar, wat een zeer belangrijke factor is voor het creëren van optisch gestuurde geheugens.

"Dit artikel geeft in wezen een extra afstandsbediening aan een op grafeen gebaseerd elektrisch apparaat, simpelweg door blootstelling aan licht op specifieke golflengten." zegt Prof. Samorì "Dit is de eerste stap in de richting van de ontwikkeling van op grafeen gebaseerde multicomponentmaterialen en hun gebruik voor de fabricage van multifunctionele apparaten - als je je een sandwichachtige meerlagige structuur voorstelt met grafeenvellen gescheiden door meerdere lagen die elk geïntegreerd zijn een andere functionele moleculaire component.Elke functionele component geeft daarom een ​​nieuw stimuli-responsief karakter aan het materiaal dat kan reageren op verschillende onafhankelijke inputs zoals licht, magnetisch veld, elektrochemische prikkels, enzovoort, wat leidt tot een multi-responsief op grafeen gebaseerd nanocomposiet."

"Het Graphene Flagship ging altijd over de combinatie van grafeen en andere materialen om nieuwe hybride structuren te vormen, " zei prof. Ferrari, die tevens voorzitter is van het Flagship Management Panel. "Dit werk is een interessant proof-of-principle van dit concept en van de interdisciplinaire aard van het vlaggenschiponderzoek:chemie, Natuurkunde, Engineering, fundamentele wetenschap en optica, komen samen onder de paraplu van Flagship om nieuwe opwindende apparaatconcepten te ontwikkelen."