Det nya undermaterialet grafen har fantastiska egenskaper, till exempel flexibilitet, transparens och hög laddningsbärares mobilitet. En studie av ett internationellt team ledd av David Barbero, biträdande professor och gruppledare vid Umeå universitet, visar att halvledande polymerer placerade på ett lager av grafen transporterar elektrisk laddning mer effektivt än när de placeras på ett substrat av kisel.

"Kristalliniteten hos de halvledande polymererna förändras när de placeras på ett grafensubstrat jämfört med när de placeras på kisel, " säger David Barbero. Det påverkar kraftigt materialens elektroniska egenskaper. Grafen förbättrar laddningstransporten genom polymerfilmen, som gör det möjligt att producera mer effektiva elektroniska apparater, till exempel organiska solceller och OLED, organiska ljusemitterande dioder.

Grafen är ett monoatomiskt tunt lager av kolatomer. Grafen är starkare än stål, men samtidigt lätt och flexibel och kan transportera elektroner blixtsnabbt. Det gör materialet mycket intressant som en komponent i allt från flexibla solceller till avancerade batterier.

I den aktuella studien använde forskarna synkotronröntgendiffraktion för att studera hur kristaller bildas i en tunn film av halvledande polymerer (plast) ovanpå ett lager av grafen, och jämförde den med polymerfilm på ett kiselsubstrat. Röntgendiffraktionen utfördes vid National Synchotron Laboratory vid Stanford University, USA. Grafenskikten tillverkades vid McGill University, Kanada, medan de ultratunna polymererna och deras elektroniska egenskaper producerades och karakteriserades i David Barbero-laboratoriet vid Umeå universitet, Sverige.

Resultaten, publiceras i tidskriften Avancerade funktionella material , visa att polymerfilmer på grafen resulterar i en mycket förbättrad vertikal laddningstransport jämfört med filmer på kisel.

Dessutom, ett överraskande resultat av denna studie är att laddningsbärarrörligheten för en tjockare polymerfilm (50 nanometer) var ungefär 50 gånger högre än i fallet med en ultratunn polymerfilm (10 nanometer) avsatt på grafen. En grundlig studie av kristalliniteten hos dessa lager avslöjade att den ultratunna filmen bildade en välorienterad framsida och kant-på lameller, medan en tjockare film bildade en mosaik av lameller i olika vinklar från grafensubstratet. Kristalliterna som bildas i olika vinklar tros resultera i en mer effektiv vertikal laddningstransport och laddningsbärares rörlighet.

"Dessa resultat ger en bättre förståelse av kristalliseringen av halvledande polymerer på grafen och bör hjälpa till att designa mer effektiva grafenbaserade organiska enheter genom att kontrollera kristalliniteten hos den halvledande filmen, säger David Barbero.