Dispositivos optoelectrónicos de grafeno-orgánico

El grafeno, una forma de grafito con un solo átomo de espesor, ha sido aclamado como un material fabuloso. Se suceden a buen ritmo las técnicas de impresión rentables que explotan ya las propiedades extraordinarias del grafeno para desarrollar en último término dispositivos electrónicos más complejos. Pero a pesar de lo prometedor como material para dispositivos miniaturizados, flexibles y transparentes, aún se necesitan más estudios sobre estructuras híbridas basadas en grafeno con propiedades personalizadas.

Con ese telón de fondo, se inició el proyecto financiado con fondos europeos «Graphene supramolecular electronics: A life-long training career development project» (GREAT). El equipo del proyecto buscaba tunear las propiedades del grafeno funcionalizándolo con moléculas orgánicas. En comparación con el grafeno puro, esas estructuras híbridas grafeno-orgánico presentan propiedades mejoradas, incluidas una mejor conductividad, movilidad de carga y resistencia mecánica.

Los científicos diseñaron y optimizaron procesos de bajo coste y escalables para obtener dispersiones de grafeno exfoliado en fase líquida. Se estudiaron y caracterizaron diferentes moléculas orgánicas que actuaron como grupos funcionales, consiguiéndose con alcanos y moléculas alifáticas de cadena larga una alta producción de grafeno monocapa.

En el proyecto GREAT se emplearon técnicas de procesamiento en húmedo para obtener dispersiones de grafeno funcionalizado, consiguiéndose películas híbridas finas de aproximadamente cien nanómetros. Variando los grupos terminales de las moléculas orgánicas empleadas en el proceso de exfoliación, los investigadores pudieron obtener materiales híbridos de grafeno-orgánico con respuesta a estímulos y potencial de uso en dispositivos electrónicos multifuncionales.

En particular, se vio que las moléculas fotocrómicas tenían un gran impacto en los interruptores optoelectrónicos basados en grafeno. Además, en configuraciones de dispositivos de doble terminal, fue posible modular de manera reversible las propiedades eléctricas de las películas híbridas finas grafeno-azobenceno alternando ciclos de irradiación de luz ultravioleta y visible.

El trabajo realizado en el marco del proyecto GREAT contribuye de manera significativa a la comprensión a escala molecular de tecnologías innovadoras basadas en dispositivos electrónicos orgánicos que podrían reemplazar a las que empleamos actualmente. Los sistemas híbridos grafeno-orgánico desarrollados resultan igualmente prometedores para interruptores de memoria activados por la luz y fotosensores de alta sensibilidad.