Forskare från Tomsk Polytechnic University, tillsammans med sina internationella kollegor, har upptäckt en metod för att modifiera och använda grafen, en enatoms tunn ledare av ström och värme, utan att förstöra den. Tack vare metoden, forskarna kunde syntetisera en välstrukturerad polymer med en stark kovalent bindning på enskiktsgrafen. De kallar resultatet "polymermattor". Strukturen är mycket stabil och mindre benägen för nedbrytning över tid, lovar utvecklingen av flexibel organisk elektronik. Om ett lager av molybdendisulfid läggs över denna "nanomatta, " den resulterande strukturen genererar ström under exponering för ljus. Studien publicerades i Journal of Materials Chemistry C .

Grafen är samtidigt det mest hållbara, ljus och ett elektriskt ledande kolmaterial. Den kan användas för tillverkning av solbatterier, smartphone skärmar, tunn och flexibel elektronik, och även i vattenfilter, eftersom grafenfilmer passerar vattenmolekyler och stoppar alla andra föreningar. Grafen måste integreras i komplexa strukturer för att kunna användas framgångsrikt. Dock, detta är en utmaning. Enligt forskare, grafen i sig är tillräckligt stabil och reagerar dåligt med andra föreningar. För att få det att reagera med andra element, d.v.s. att ändra det, grafen är vanligtvis åtminstone delvis förstört. Denna modifiering försämrar egenskaperna hos de erhållna materialen.

Professor Raul D. Rodriguez, från Forskarskolan för kemi och tillämpad biomedicin, säger, "När man funktionaliserar grafen, du bör vara mycket försiktig. Om du överdriver, grafenens unika egenskaper går förlorade. Därför, vi bestämde oss för att följa en annan väg. I grafen, det finns oundvikliga nano-defekter, till exempel, vid kanterna av grafen och rynkor i planet. Väteatomer är ofta fästa vid sådana defekter. Det är detta väte som kan interagera med andra kemikalier."

För att modifiera grafen, författarna använder ett tunt metallsubstrat på vilket ett enda grafenskikt är placerat. Därefter täcks grafen med en lösning av brom-polystyrenmolekyler. Molekylerna interagerar med väte och är fästa vid befintliga defekter, vilket resulterar i polyhexyltiofen (P3HT). Ytterligare exponering för ljus under fotokatalysen leder till utvecklingen av en polymer.

"I resultatet, vi fick proverna med en struktur som liknar 'polymermattor, som vi kallar dem i tidningen. Ovanför en sådan 'polymermatta, ' vi placerar molybdendisulfid. Tack vare en unik kombination av material, vi får en sandwichstruktur som fungerar som ett solbatteri. Det är, den genererar ström när den utsätts för ljus. I våra experiment etableras en stark kovalent bindning mellan polymerens molekyler och grafen, vilket är avgörande för stabiliteten hos det erhållna materialet, " konstaterar Rodriguez.

Enligt forskaren, denna metod för grafenmodifiering ger en mycket robust sammansättning; det är också enkelt och billigt, eftersom prisvärda material används. Metoden är mångsidig eftersom den gör det möjligt att odla väldigt olika polymerer direkt på grafen.

"Styrkan hos det erhållna hybridmaterialet uppnås eftersom vi inte förstör grafen själv, men använd redan existerande defekter och en stark kovalent bindning till polymermolekyler. Studien är lovande för utvecklingen av tunn och flexibel elektronik där solbatterier kan fästas på kläder, och när de är deformerade, kommer inte att gå sönder, " säger professorn.