p Químicos da Europe's Graphene Flagship revisam o potencial de materiais compostos orgânicos de grafeno na eletrônica. Os pesquisadores mostram como os semicondutores orgânicos podem ser usados ​​para processar melhor o grafeno, e ajustar suas propriedades para aplicativos específicos. p O mais conhecido de todos os materiais bidimensionais, o grafeno tem propriedades que o tornam atraente para uma ampla gama de aplicações mecânicas, aplicações ópticas e eletrônicas. O grafeno é um desafio para se produzir em escala industrial, Contudo, e pode ser difícil ajustar suas propriedades para se adequar a funções específicas. Na esperança de resolver esses dois problemas simultaneamente, o interesse da pesquisa está se voltando para a interação do grafeno com semicondutores orgânicos feitos sob medida.

p Os químicos há muito se interessam por moléculas orgânicas para aplicações em nanotecnologia. Moléculas orgânicas menores podem permitir a montagem molecular de nanomateriais de carbono em arquiteturas altamente ordenadas, como nano-fibras, cristais e monocamadas. A espinha dorsal dos átomos de carbono em polímeros, por outro lado, pode levar a montagens mais desordenadas em grande escala, mas as formas alongadas e flexíveis dos polímeros proporcionam alta solubilidade e um transporte eficiente de carga elétrica.

p O processamento escalável e a funcionalização do grafeno são o assunto de um artigo de destaque de três cientistas da Graphene Flagship que escreveram no periódico da Royal Society of Chemistry, a Journal of Materials Chemistry C . O Graphene Flagship é um consórcio internacional de parceiros acadêmicos e industriais, co-financiado pela Comissão Europeia, que se concentra no desenvolvimento de grafeno e materiais 2D relacionados.

p Andrea Schlierf, Paolo Samorì e Vincenzo Palermo analisam em sua análise uma série de polímeros comerciais, cujas propriedades mecânicas e elétricas podem ser melhoradas com a adição de grafeno. Os autores também consideram o grafeno como um substrato para aplicações biomédicas, e o uso de semicondutores orgânicos para abrir um gap eletrônico no grafeno. A ausência de um gap na forma pura deste material altamente condutor é um grande problema que dificulta sua exploração em eletrônica.

p Deposite pequenas moléculas orgânicas em uma superfície plana de carbono, como grafeno, e pode-se modular essa superfície por meio do processo químico externamente não direcionado conhecido como automontagem. Existem muitas classes de moléculas que podem ser usadas para esta finalidade, variando de alcanos simples a hidrocarbonetos aromáticos maiores. A automontagem é, em todos os casos, impulsionada por uma interação complexa entre as interações intermoleculares e molécula-substrato.

p Resultados experimentais mostram que a nucleação, orientação e empacotamento de semicondutores orgânicos no grafeno são bastante diferentes daqueles cultivados em substratos convencionais, como silício e grafite. Adicionar cadeias laterais químicas à espinha dorsal das moléculas orgânicas também pode expor funcionalidades que funcionam em sinergia ou oposição à interação central entre as moléculas adsorvidas e o grafeno, levando a vias de automontagem mais complexas.

p Revestir grafeno com moléculas orgânicas no vácuo é uma coisa, mas quando se trata de funcionalização e custo, os sistemas híbridos de grafeno-orgânico solúveis têm vantagens claras sobre o grafeno produzido por deposição química de vapor ou crescimento epitaxial. As suspensões de grafeno-orgânico podem ser processadas com técnicas de deposição de grande área, como impressão a jato de tinta, com o grafeno produzido por esfoliação em fase líquida em solvente orgânico. Esta é a abordagem da pia da cozinha para a fabricação de grafeno, e o processo é barato, eficaz e altamente escalonável.

p Um exemplo dessa abordagem à base de líquido para esfoliação de grafeno é fornecido em outra publicação de pesquisa recente para a qual todos os três autores da revisão contribuíram. Em um artigo publicado na revista 2D Materials do Institute of Physics, Schlierf e seus colegas descrevem a esfoliação, processamento e inclusão em compósitos de polímero de nanoplaquetas de grafeno usando sal de sódio de ácido sulfônico de azul de indantrona, um corante industrial comum conhecido como IBS, para abreviar.

p Como é comum com nanomateriais compostos em geral, a adsorção de moléculas orgânicas no grafeno pode ter um efeito significativo nas propriedades eletrônicas deste. A influência da dopagem deste material é confirmada por medidas espectroscópicas, e inclui a divisão da banda G em espectros Raman.

p Outro efeito notável das interações grafeno-orgânico é a extinção da fluorescência em corantes emissores de luz por transferência de carga ou energia. Nesse caso, a interação está associada a campos eletromagnéticos fortemente aumentados como resultado da natureza de sumidouro de energia do grafeno. É esta qualidade do grafeno que o torna um material promissor para fotodetecção, aplicações nano-fotônicas e fotovoltaicas.

p A adsorção de semicondutores orgânicos também pode conferir uma função magnética ao grafeno, complementando sua eletrônica, propriedades mecânicas e ópticas. Isso pode levar à aplicação de materiais híbridos de grafeno-orgânico em spintrônica, com funcionalidades magnéticas que alteram a polarização do spin das correntes elétricas que fluem no grafeno.

p Deixando a Spintrônica de lado, o potencial do grafeno na eletrônica depende em grande parte da sua aplicação em circuitos integrados, e, por exemplo, nos componentes conhecidos como transistores de efeito de campo (FETs). O problema com o grafeno, pelo menos em sua forma primitiva, é que a alta mobilidade da portadora de carga é compensada por uma relação de comutação de corrente liga-desliga muito pobre. Dopagem de grafeno com outros materiais pode melhorar isso até certo ponto, mas existe outra maneira de abordar o problema. O grafeno pode ser incorporado em FETs orgânicos, resultando em aumento das mobilidades de elétrons, e taxas de comutação comparáveis ​​ou melhores do que aquelas observadas em FETs orgânicos sem grafeno.

p O foco aqui está no grafeno, mas o grafeno é apenas um entre centenas de materiais bidimensionais de interesse para os principais pesquisadores e a indústria. Outros materiais em camadas dignos de nota incluem nitreto de boro e dissulfeto de molibdênio (MoS2), cujas qualidades de semicondutor lhes dão uma vantagem sobre o grafeno puro em certas aplicações. Esses materiais 2d poderiam, por exemplo, ser usados ​​em isoladores de porta de transistor, componentes foto-responsivos, como materiais ativos para FETs, ou em eletrodos. Um composto de polímero de MoS2 esfoliado em fase líquida e óxido de polietileno foi recentemente demonstrado como um material de ânodo para baterias de íon-lítio. O composto exibe altas capacidades de armazenamento de carga, e reversibilidade a longo prazo.

p O grafeno é frequentemente referido, em contraste com o silício, como o material eletrônico de uma "era pós-silício". A realidade é mais matizada do que esta imagem idealizada, mas ainda, o grafeno pode, em alguns aspectos, superar o silício. Também abre novas possibilidades, especialmente quando usado em combinação com outros materiais.

p "Uma grande vantagem do grafeno sobre o silício é que ele é baseado em carbono, que forma a base de todos os materiais orgânicos ", diz Vincenzo Palermo, que chefia a unidade de materiais orgânicos funcionais do Instituto de Síntese Orgânica e Fotorreatividade do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália em Bolonha. "Esta afinidade do grafeno com compostos orgânicos permite uma integração perfeita do grafeno em materiais compostos para eletrônica flexível, sensoriamento e aplicações biomédicas. O grafeno pode interagir fortemente e ajustar a morfologia da maioria das moléculas orgânicas, e faz isso de uma forma mais controlada do que no caso de outros materiais, como silício ou metais. "

p Como Palermo e seus co-autores afirmam em sua conclusão de sua revisão, a possibilidade de combinar materiais à base de carbono com propriedades muito diferentes deve permitir a integração de eletrônicos de alta velocidade, eletrônica orgânica e ciência de materiais compostos.