Pravilo-Kršenje, šareni silikon koji može provoditi struju

Novootkrivena varijanta silikona je poluvodič, istraživači sa Univerziteta u Michiganu su otkrili-pretpostavke da je klasa materijala isključivo izolacijska.

"Materijal otvara priliku za nove tipove ravnih displeja, fleksibilnih fotonaponskih uređaja, nosivih senzora ili čak odjeće koja može prikazati različite uzorke ili slike," rekao je Richard Laine, U-M profesor nauke o materijalima i inženjerstvu i makromolekularnoj znanosti i inženjerstvu i odgovarajući autor studije nedavno objavljene u Macromolecular Rapid Communications.

Silikonska ulja i gume-polisiloksani i silseskvioksani-su tradicionalno izolacijski materijali, što znači da su otporni na struju ili toplinu. Njihova vodootporna- svojstva čine ih korisnim u biomedicinskim uređajima, zaptivačima, elektronskim premazima i još mnogo toga.

U međuvremenu, konvencionalni poluprovodnici su tipično kruti. Poluprovodnički silikon ima potencijal da omogući fleksibilnu elektroniku koju je Laine opisao, kao i silikon koji dolazi u raznim bojama.

Na molekularnom nivou, silikoni se sastoje od okosnice naizmjeničnih atoma silicijuma i kiseonika (Si-O-Si) sa organskim (na bazi ugljenika-) grupama vezanim za silicijum. Različite 3D formacije polimernih lanaca nastaju kako se međusobno povezuju, poznato kao unakrsno-vezivanje, koje mijenjaju fizička svojstva materijala kao što su čvrstoća ili rastvorljivost.

Proučavajući različite unakrsne-strukture u silikonu, istraživački tim je naišao na potencijal za električnu provodljivost u kopolimeru, koji je polimerni lanac koji sadrži dvije različite vrste ponavljajućih jedinica-kavezno-strukturiranih, a zatim linearnih silikona u ovom slučaju.

Mogućnost provodljivosti proizilazi iz načina na koji se elektroni mogu kretati preko Si-O-Si veza sa preklapajućim orbitalama. Poluprovodnici imaju dva glavna stanja: osnovno stanje koje ne provodi električnu energiju i provodno stanje koje provodi. Provodno stanje, poznato i kao pobuđeno stanje, nastaje kada neki elektroni skoče na sljedeću elektronsku orbitalu, koja je povezana preko materijala poput metala.

Tipično, Si-O-Si uglovi veze ne dozvoljavaju tu vezu. Na 110 stepeni, oni su daleko od prave linije od 180 stepeni. Ali u silikonskom kopolimeru koji je tim otkrio, ove veze su počele na 140 stepeni u osnovnom stanju-i rastežu se do 150 stepeni u pobuđenom stanju. Ovo je bilo dovoljno da se stvori autoput za protok električnog naboja.

"Ovo omogućava neočekivanu interakciju između elektrona preko višestrukih veza uključujući Si{0}}O-Si veze u ovim kopolimerima," rekao je Laine. „Što je dužina lanca duža, to je elektronima lakše da putuju na veće udaljenosti, smanjujući energiju potrebnu da apsorbuju svjetlost, a zatim je emituju pri nižim energijama."

Poluprovodnička svojstva silikonskih kopolimera također omogućavaju njegov spektar boja. Elektroni skaču između osnovnog i pobuđenog stanja apsorbirajući i emitujući fotone, ili čestice svjetlosti. Emisija svjetlosti ovisi o dužini lanca kopolimera, koju Laineov tim može kontrolirati. Veće dužine lanaca znače manje skokove i nižu energiju fotona, dajući silikonu crvenu nijansu. Kraći lanci zahtijevaju veće skokove od elektrona, tako da emituju svjetlost veće energije prema plavom kraju spektra.

Da bi demonstrirali vezu između dužine lanca i apsorpcije i emisije svjetlosti, istraživači su odvojili kopolimere s različitim dužinama lanca i rasporedili ih u epruvete od dugih do kratkih. Sjaj UV svjetlosti na cijevima stvara punu dugu jer svaka apsorbira i emituje svjetlost različite energije.

Šareni niz zasnovan na dužini lanca kopolimera je posebno jedinstven jer se do sada znalo da su silikoni samo prozirni ili bijeli jer njihova izolacijska svojstva čine da ne mogu apsorbirati mnogo svjetlosti.

"Uzimamo materijal za koji su svi mislili da je električno inertan i dajemo mu novi život-koji bi mogao pokretati sljedeću generaciju meke, fleksibilne elektronike", rekao je Zijing (Jackie) Zhang, U-M doktorand nauke o materijalima i inženjerstvu i glavni autor studije.