Pravidlo{0}}Rozbitný, barevný silikon, který by mohl vést elektřinu

Nově objevenou silikonovou variantou je polovodič. Výzkumníci z University of Michigan objevili-nepravděpodobné předpoklady, že tato třída materiálů je výhradně izolační.

„Tento materiál otevírá příležitost pro nové typy plochých displejů, flexibilní fotovoltaiku, nositelné senzory nebo dokonce oblečení, které může zobrazovat různé vzory nebo obrázky,“ řekl Richard Laine, profesor materiálové vědy a inženýrství a makromolekulární vědy a inženýrství a odpovídající autor studie nedávno zveřejněné v Macromolecular Rapid Communications.

Silikonové oleje a kaučuky-polysiloxany a silsesquioxany- jsou tradičně izolační materiály, což znamená, že odolávají toku elektřiny nebo tepla. Díky jejich vodě-odolnosti jsou užitečné v biomedicínských zařízeních, tmelech, elektronických nátěrech a dalších.

Mezitím jsou konvenční polovodiče typicky tuhé. Polovodičový silikon má potenciál umožnit flexibilní elektroniku popsanou Laine, stejně jako silikon, který se dodává v různých barvách.

Na molekulární úrovni jsou silikony tvořeny páteří střídajících se atomů křemíku a kyslíku (Si-O-Si) s organickými skupinami (na bázi uhlíku-) připojenými ke křemíku. Různé 3D formace polymerních řetězců vznikají, když se vzájemně spojují, známé jako zesíťování{5}}, které mění fyzikální vlastnosti materiálu, jako je pevnost nebo rozpustnost.

Při studiu různých-síťovacích struktur v silikonu výzkumný tým narazil na potenciál elektrické vodivosti v kopolymeru, což je polymerní řetězec obsahující dva různé typy opakujících se jednotek -klecové{2}}strukturované a v tomto případě lineární silikony.

Možnost vodivosti vyplývá ze způsobu, jakým se elektrony mohou pohybovat přes Si-O-Si vazby s překrývajícími se orbitaly. Polovodiče mají dva hlavní stavy: základní stav, který nevede elektřinu, a vodivý stav, který ano. Vodivý stav, také známý jako excitovaný stav, nastává, když některé elektrony vyskočí na další elektronový orbital, který je spojen napříč materiálem jako kov.

Úhly vazby Si-O-Si obvykle toto spojení neumožňují. Při 110 stupních jsou daleko od 180 stupňové přímky. Ale v silikonovém kopolymeru, který tým objevil, tyto vazby začaly při 140 stupních v základním stavu-a roztáhnou se až na 150 stupňů v excitovaném stavu. To stačilo k vytvoření dálnice pro proudění elektrického náboje.

"To umožňuje neočekávanou interakci mezi elektrony napříč vícenásobnými vazbami včetně Si-O-Si vazeb v těchto kopolymerech," řekl Laine. "Čím delší je délka řetězce, tím snazší je pro elektrony cestovat na delší vzdálenosti, což snižuje energii potřebnou k absorpci světla a jeho následnému vyzařování při nižších energiích."

Polovodičové vlastnosti silikonových kopolymerů umožňují také jeho barevné spektrum. Elektrony přeskakují mezi základním a excitovaným stavem tím, že absorbují a emitují fotony, neboli částice světla. Emise světla závisí na délce kopolymerního řetězce, kterou může Laineův tým kontrolovat. Delší délky řetězců znamenají menší skoky a fotony s nižší energií, což dává silikonu červený nádech. Kratší řetězce vyžadují větší skoky od elektronů, takže vyzařují světlo s vyšší energií směrem k modrému konci spektra.

Aby vědci demonstrovali souvislost mezi délkou řetězce a absorpcí a emisí světla, oddělili kopolymery s různou délkou řetězce a uspořádali je do zkumavek od dlouhých po krátké. Zářením UV světla na trubice se vytvoří plná duha, protože každá absorbuje a vyzařuje světlo při různých energiích.

Barevné pole založené na délce kopolymerního řetězce je obzvláště jedinečné, protože až do tohoto bodu bylo známo, že silikony jsou pouze průhledné nebo bílé, protože jejich izolační vlastnosti neumožňují absorbovat mnoho světla.

„Bereme materiál, o kterém si všichni mysleli, že je elektricky inertní, a dáváme mu nový život-, který by mohl pohánět další generaci měkké, flexibilní elektroniky,“ řekl Zijing (Jackie) Zhang, doktorand U-M doktorského studia materiálových věd a inženýrství a hlavní autor studie.