Onderzoekers van de Tomsk Polytechnische Universiteit, samen met hun internationale collega's, een methode hebben ontdekt om grafeen aan te passen en te gebruiken, een één-atoom dunne geleider van stroom en warmte, zonder het te vernietigen. Dankzij de methode de onderzoekers konden een goed gestructureerd polymeer synthetiseren met een sterke covalente binding op enkellaags grafeen. Ze noemen het resultaat 'polymeertapijten'. De structuur is zeer stabiel en minder vatbaar voor degradatie in de tijd, veelbelovend voor de ontwikkeling van flexibele organische elektronica. Als er een laag molybdeendisulfide wordt aangebracht over dit "nanotapijt, " de resulterende structuur genereert stroom onder blootstelling aan licht. De studie werd gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry C .

Grafeen is tegelijkertijd de meest duurzame, licht en een elektrisch geleidend koolstofmateriaal. Het kan worden gebruikt voor de productie van zonnebatterijen, smartphoneschermen, dunne en flexibele elektronica, en zelfs in waterfilters, omdat grafeenfilms watermoleculen passeren en alle andere verbindingen stoppen. Grafeen moet worden geïntegreerd in complexe structuren om succesvol te kunnen worden gebruikt. Echter, daar hoort een uitdaging bij. Volgens wetenschappers, grafeen zelf is stabiel genoeg en reageert slecht met andere verbindingen. Om het te laten reageren met andere elementen, d.w.z. om het te wijzigen, grafeen wordt meestal ten minste gedeeltelijk vernietigd. Deze modificatie verslechtert de eigenschappen van de verkregen materialen.

Professor Raul D. Rodriguez, van de Onderzoekschool Chemie &Toegepaste Biomedische Wetenschappen, zegt, "Bij het functionaliseren van grafeen, je moet heel voorzichtig zijn. Als je het overdrijft, de unieke eigenschappen van grafeen gaan verloren. Daarom, we besloten een ander pad te volgen. in grafeen, er zijn onvermijdelijke nano-defecten, bijvoorbeeld, aan de randen van grafeen en rimpels in het vlak. Aan dergelijke defecten zijn vaak waterstofatomen vastgehecht. Het is deze waterstof die kan interageren met andere chemicaliën."

Om grafeen te wijzigen, de auteurs gebruiken een dun metalen substraat waarop een enkele grafeenlaag is geplaatst. Vervolgens wordt grafeen bedekt met een oplossing van broom-polystyreenmoleculen. De moleculen interageren met waterstof en zijn gehecht aan de bestaande defecten, resulterend in polyhexylthiofeen (P3HT). Verdere blootstelling aan licht tijdens de fotokatalyse leidt tot de ontwikkeling van een polymeer.

"Bij het resultaat we hebben de monsters verkregen met een structuur die lijkt op 'polymeertapijten, ' zoals we ze in de krant noemen. Boven zo'n 'polymeertapijt', ' plaatsen we molybdeendisulfide. Door een unieke combinatie van materialen, we krijgen een sandwichstructuur die functioneert als een zonnebatterij. Dat is, het genereert stroom wanneer het wordt blootgesteld aan licht. In onze experimenten wordt een sterke covalente binding tot stand gebracht tussen de moleculen van het polymeer en grafeen, wat cruciaal is voor de stabiliteit van het verkregen materiaal, " merkt Rodriguez op.

Volgens de onderzoeker deze methode voor grafeenmodificatie levert een zeer stevige verbinding op; het is ook eenvoudig en goedkoop, omdat er gebruik wordt gemaakt van betaalbare materialen. De methode is veelzijdig omdat het het mogelijk maakt om heel verschillende polymeren direct op grafeen te kweken.

"De sterkte van het verkregen hybride materiaal wordt bereikt omdat we grafeen zelf niet vernietigen, maar gebruik reeds bestaande defecten en een sterke covalente binding aan polymeermoleculen. Het onderzoek is veelbelovend voor de ontwikkeling van dunne en flexibele elektronica waarmee zonnebatterijen aan kleding kunnen worden bevestigd, en wanneer vervormd, zal niet breken, ' zegt de professor.