'n Reël-Brekende, kleurvolle silikoon wat elektrisiteit kan gelei

'n Nuut ontdekte silikoonvariant is 'n halfgeleier, Universiteit van Michigan se navorsers het ontdek-opkomende aannames dat die materiaalklas uitsluitlik isolerend is.

"Die materiaal maak die geleentheid oop vir nuwe tipes platpaneelskerms, buigsame fotovoltaïese, draagbare sensors of selfs klere wat verskillende patrone of beelde kan vertoon," het Richard Laine, U-M professor in materiaalwetenskap en ingenieurswese en makromolekulêre wetenskap en ingenieurswese en ooreenstemmende skrywer van die studie wat onlangs in Macromolecular Rapid Communications gepubliseer is, gesê.

Silikoonolies en rubbers-polisiloksane en silsesquioksane-is tradisioneel isolerende materiale, wat beteken dat hulle die vloei van elektrisiteit of hitte weerstaan. Hul water--bestande eienskappe maak hulle nuttig in biomediese toestelle, seëlmiddels, elektroniese bedekkings en meer.

Intussen is konvensionele halfgeleiers tipies styf. Halfgeleidende silikoon het die potensiaal om die buigsame elektronika wat Laine beskryf het, sowel as silikoon wat in 'n verskeidenheid kleure kom, moontlik te maak.

Op 'n molekulêre vlak bestaan ​​silikone uit 'n ruggraat van afwisselende silikon- en suurstofatome (Si-O-Si) met organiese (koolstof-gebaseerde) groepe wat aan die silikon geheg is. Verskeie 3D-formasies van polimeerkettings ontstaan ​​soos hulle met mekaar verbind, bekend as kruis-koppeling, wat die materiaal se fisiese eienskappe soos sterkte of oplosbaarheid verander.

Terwyl hulle verskillende kruis--skakelstrukture in silikoon bestudeer het, het die navorsingspan die potensiaal vir elektriese geleidingsvermoë in 'n kopolimeer afgekom, wat 'n polimeerketting is wat twee verskillende tipes herhalende eenhede bevat-hok-gestruktureerde en dan lineêre silikone in hierdie geval.

Die moontlikheid vir geleiding spruit voort uit die manier waarop elektrone oor Si-O-Si-bindings met oorvleuelende orbitale kan beweeg. Halfgeleiers het twee hooftoestande: die grondtoestand, wat nie elektrisiteit gelei nie, en 'n geleidende toestand, wat wel. Die geleidingstoestand, ook bekend as 'n opgewekte toestand, vind plaas wanneer sommige elektrone opspring na die volgende elektronorbitaal, wat soos 'n metaal oor die materiaal verbind is.

Tipies laat Si-O-Si-bindingshoeke nie daardie verbinding toe nie. By 110 grade is hulle ver van 'n 180 grade reguitlyn af. Maar in die silikoonkopolimeer wat die span ontdek het, het hierdie bindings begin by 140 grade in die grondtoestand-en hulle strek tot 150 grade in die opgewekte toestand. Dit was genoeg om 'n snelweg te skep vir elektriese lading om te vloei.

"Dit laat 'n onverwagte interaksie tussen elektrone oor veelvuldige bindings, insluitend Si-O-Si-bindings in hierdie kopolimere," het Laine gesê. "Hoe langer die kettinglengte, hoe makliker is dit vir elektrone om langer afstande te reis, wat die energie wat nodig is om lig te absorbeer verminder en dit dan teen laer energie uit te straal."

Die halfgeleidende eienskappe van die silikoonkopolimere maak ook sy spektrum van kleure moontlik. Elektrone spring tussen die grond en opgewekte toestande deur fotone, of ligdeeltjies, te absorbeer en uit te straal. Die ligvrystelling hang af van die lengte van die kopolimeerketting, wat Laine se span kan beheer. Langer kettinglengtes beteken kleiner spronge en laer energiefotone, wat die silikoon 'n rooi tint gee. Korter kettings vereis groter spronge van die elektrone, so hulle straal hoër energielig na die blou kant van die spektrum uit.

Om die verband tussen kettinglengte en ligabsorpsie en emissie te demonstreer, het die navorsers kopolimere met verskillende kettinglengtes geskei en in proefbuise van lank na kort gerangskik. Om 'n UV-lig op die buise te skyn, skep 'n vol reënboog aangesien elkeen die lig op verskillende energieë absorbeer en uitstraal.

Die kleurvolle skikking gebaseer op kopolimeerkettinglengte is besonder uniek, want tot op hierdie punt was silikone net bekend dat dit deursigtig of wit is omdat hul isolerende eienskappe maak dat hulle nie baie lig kan absorbeer nie.

"Ons neem 'n materiaal wat almal gedink het is elektries inert en gee dit 'n nuwe lewe-wat die volgende generasie sagte, buigsame elektronika kan aandryf," het Zijing (Jackie) Zhang, U-M doktorale student in materiaalwetenskap en ingenieurswese en hoofskrywer van die studie gesê.