Regola-Tkissir, Silikonju Klewn Li Jista' Tmexxi l-Elettriku

Varjant tas-silikonju li għadu kif ġie skopert huwa semikonduttur, riċerkaturi tal-Università ta 'Michigan skoprew-suppożizzjonijiet li jinqalgħu li l-klassi tal-materjal hija esklussivament iżolanti.

"Il-materjal jiftaħ l-opportunità għal tipi ġodda ta 'displejs ta' panew ċatt, fotovoltajċi flessibbli, sensuri li jintlibsu jew saħansitra ħwejjeġ li jistgħu juru mudelli jew stampi differenti," qal Richard Laine, professur U-M tax-xjenza u l-inġinerija tal-materjali u x-xjenza u l-inġinerija makromolekulari u awtur korrispondenti tal-istudju ppubblikat reċentement f'Macromolecular Rapid Communications.

Żjut u lastiku tas-silikonju-polisilossani u silsesquioxanes-tradizzjonalment huma materjali iżolanti, li jfisser li jirreżistu l-fluss tal-elettriku jew tas-sħana. Il-proprjetajiet tagħhom reżistenti għall-ilma-jagħmilhom utli f'apparat bijomediku, siġillanti, kisjiet elettroniċi u aktar.

Sadanittant, semikondutturi konvenzjonali huma tipikament riġidi. Is-silikon semikonduttur għandu l-potenzjal li jippermetti l-elettronika flessibbli deskritta minn Laine kif ukoll silikon li jiġi f'varjetà ta 'kuluri.

Fuq livell molekulari, is-silikoni huma magħmula minn sinsla ta' atomi ta' silikon u ossiġnu alternanti (Si-O-Si) bi gruppi organiċi (ibbażati fuq il-karbonju-) imwaħħla mas-silikon. Diversi formazzjonijiet 3D ta' ktajjen polimeri jinqalgħu hekk kif jgħaqqdu ma' xulxin, magħrufa bħala cross-linking, li jbiddlu l-proprjetajiet fiżiċi tal-materjal bħall-qawwa jew is-solubilità.

Waqt li kien qed jistudja strutturi differenti ta' cross-linking fis-silikon, it-tim ta' riċerka sab il-potenzjal ta' konduttività elettrika f'kopolimeru, li hija katina polimeru li fiha żewġ tipi differenti ta' unitajiet ripetuti-gaġġa-strutturati u mbagħad silikoni lineari f'dan il-każ.

Il-possibbiltà għall-konduttività tqum mill-mod kif l-elettroni jistgħu jiċċaqilqu madwar bonds Si-O-Si b'orbitali li jikkoinċidu. Is-semikondutturi għandhom żewġ stati ewlenin: l-istat fundamentali, li ma jmexxix l-elettriku, u stat konduttur, li jagħmel. L-istat konduttiv, magħruf ukoll bħala stat eċċitati, iseħħ meta xi elettroni jaqbżu sal-orbital tal-elettroni li jmiss, li huwa konness mal-materjal bħal metall.

Tipikament, l-angoli ta' bond Si-O-Si ma jippermettux dik il-konnessjoni. F'110 grad, huma 'l bogħod minn linja dritta ta' 180 grad. Iżda fil-kopolimeru tas-silikonju skopra t-tim, dawn il-bonds bdew f'140 grad fl-istat tal-bażi-u jiġġebbed għal 150 grad fl-istat eċċitati. Dan kien biżżejjed biex tinħoloq awtostrada biex iċ-ċarġ elettriku jgħaddi.

"Dan jippermetti interazzjoni mhux mistennija bejn l-elettroni fuq bonds multipli inklużi bonds Si-O-Si f'dawn il-kopolimeri," qal Laine. "Iktar ma jkun itwal it-tul tal-katina, iktar ikun faċli għall-elettroni li jivvjaġġaw distanzi itwal, u tnaqqas l-enerġija meħtieġa biex jassorbu d-dawl u mbagħad jarmuh b'enerġiji aktar baxxi."

Il-proprjetajiet semikondutturi tal-kopolimeri tas-silikon jippermettu wkoll l-ispettru ta 'kuluri tiegħu. Elettroni jaqbżu bejn l-art u stati eċċitati billi jassorbu u jarmu fotoni, jew partiċelli ta 'dawl. L-emissjoni tad-dawl tiddependi fuq it-tul tal-katina tal-kopolimeru, li t-tim ta 'Laine jista' jikkontrolla. Tulijiet ta 'katina itwal ifissru qbiż iżgħar u fotoni ta' enerġija aktar baxxi, li jagħtu s-silikon lewn aħmar. Ktajjen iqsar jeħtieġu qbiż akbar mill-elettroni, u għalhekk jarmu dawl ta 'enerġija ogħla lejn it-tarf blu tal-ispettru.

Biex juru l-konnessjoni bejn it-tul tal-katina u l-assorbiment u l-emissjoni tad-dawl, ir-riċerkaturi sseparaw kopolimeri b'tulijiet ta 'katina differenti u rranġawhom f'tubi tat-test minn twal għal qosra. Li jleqq dawl UV fuq it-tubi joħloq qawsalla sħiħa hekk kif kull wieħed jassorbi u jarmi d-dawl f'enerġiji differenti.

Il-firxa ikkulurita bbażata fuq it-tul tal-katina tal-kopolimeru hija partikolarment unika minħabba li sa dan il-punt, is-silikoni ġew magħrufa biss li huma trasparenti jew bojod minħabba li l-proprjetajiet iżolanti tagħhom ma jistgħux jassorbu ħafna dawl.

"Qed nieħdu materjal li kulħadd ħaseb li kien elettrikament inert u nagħtuh ħajja ġdida-waħda li tista' tħaddem il-ġenerazzjoni li jmiss ta' elettronika artab u flessibbli," qal Zijing (Jackie) Zhang, student tad-dottorat U-M tax-xjenza u l-inġinerija tal-materjali u awtur ewlieni tal-istudju.