Optoelettronica dell'organico-grafene

Il grafene, una forma di grafite dello spessore di un atomo, è stato accolto come un materiale straordinario. Grazie a una crescita sostenuta, alcune tecniche di stampa a basso costo sfruttano già le proprietà fenomeniche del grafene per sviluppare alla fine dispositivi elettronici più complessi. Ma per mantenere la promessa di un materiale per dispositivi ben miniaturizzati, flessibili e trasparenti, sono necessari ulteriori studi sulle strutture ibride a base di grafene con proprietà specifiche.

In questo contesto, gli scienziati hanno avviato il progetto GREAT ("Graphene supramolecular electronics: A life-long training career development project", finanziato dall'UE. Il team di progetto ha cercato di sintonizzare le proprietà del grafene funzionalizzandole con molecole organiche. Rispetto al grafene puro, tali strutture ibride grafene-organico hanno proprietà superiori, tra cui migliore conduttività, mobilità di carica e resistenza meccanica.

Gli scienziati hanno progettato e ottimizzato processi scalabili e a basso costo per ottenere dispersioni di grafene esfoliato in fase liquida. Sono state studiate e caratterizzate diverse molecole organiche che fungevano da gruppi funzionali con alcani e molecole a catena alifatica lunga, con conseguente produzione ad alto rendimento di un singolo strato di grafene.

Nell'ambito del progetto GREAT sono state impiegate tecniche di lavorazione umide per la produzione di dispersioni di grafene funzionalizzato, ottenendo film ibridi sottili di circa 100 nm. Variando i gruppi terminali delle molecole organiche utilizzate nel processo di esfoliazione, gli scienziati hanno potuto ottenere materiali ibridi grafene-organico reattivi agli stimoli e dotati di un potenziale per l'elettronica multifunzionale.

In particolare, si è scoperto che le molecole fotocromatiche hanno un grande impatto sugli interruttori optoelettronici a base di grafene. Inoltre, nelle configurazioni dei dispositivi bipolari, le proprietà elettriche dei film sottili ibridi grafene-azobenzene potrebbero essere reversibilmente modulate alternando cicli di irradiazione di luce visibile e ultravioletta.

Il progetto GREAT ha contribuito significativamente alla comprensione su scala molecolare di tecnologie innovative basate sull'elettronica organica che potrebbero sostituire quelli oggi impiegate. I sistemi ibridi grafene-organico sviluppati sono inoltre una grande promessa per gli interruttori di memoria attivati dalla luce e per i fotosensori ad alta sensibilità.