Graphen-organische Optoelektronik

Graphen, eine ein Atom dicke Grafitschicht, wird als Wundermaterial angepriesen. In schnell ansteigendem Maße können die phänomenalen Eigenschaften von Graphen bereits durch kosteneffektive Drucktechniken genutzt werden, was letztendlich zu noch komplexeren elektronischen Geräten führen wird. Doch obwohl sie stark miniaturisierte, flexible und transparente Geräte versprechen, müssen die Graphen-basierten Hybridstrukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften noch weiter untersucht werden.

Vor diesem Hintergrund riefen Wissenschaftler das EU-finanzierte Projekt "Graphene supramolecular electronics: A life-long training career development project" (GREAT) ins Leben. Das Projektteam setzte sich zum Ziel, die Eigenschaften des Graphens durch Funktionalisierung mit organischen Molekülen weiter abzustimmen. Im Vergleich zu reinem Graphen verfügen solche Graphen-organischen Hybridstrukturen über vorteilhaftere Eigenschaften, darunter verbesserte Leitfähigkeit, Ladungsmobilität und mechanische Festigkeit.

Die Wissenschaftler entwickelten und optimierten kostengünstige und skalierbare Verfahren, um flüssige, entblätterte Graphendispersionen zu erhalten. Verschiedene organische Moleküle, die als funktionelle Gruppen wirkten, wurden untersucht und charakterisiert, wobei Alkane und lange aliphatische Kettenmoleküle zu einer ertragreichen Produktion einschichtigen Graphens führten.

Die GREAT-Wissenschaftler nutzten Nassbearbeitungsverfahren zur Herstellung von Dispersionen von funktionalisiertem Graphen und erhielten so Hybridschichten mit einer Dicke von etwa 100 nm. Durch Veränderung der Endgruppen der organischen Moleküle, die im Exfoliationsprozess verwendet wurden, konnten die Wissenschaftler auf Reize reagierende Graphen-organische Hybridmaterialien erzeugen, die über hohes Potential für multifunktionale Elektronik verfügen.

Insbesondere bei photochromen Molekülen wurden starke Auswirkungen auf Graphen-basierte optoelektronische Schalter festgestellt. Des Weiteren konnten die elektrischen Eigenschaften dünner Graphen-Azobenzen-Hybridschichten bei zweipoligen Gerätekonfigurationen durch alternierende Bestrahlung mit ultraviolettem und sichtbarem Licht reversibel moduliert werden.

Die Mitglieder des GREAT-Projekts vertieften auf molekularer Ebene das Wissen über die innovativen Technologien auf Grundlage organischer Elektronik, welche die heute benutze Technologie ablösen könnte. Die entwickelten Graphen-organischen Hybridsysteme sind auch vielversprechend für lichtaktivierte Speicherschalter und hochempfindliche Photosensoren.