‘n Regel-brekend, kleurriek silicone dat elektriciteit kin geleide

‘n Nuuj óntdèkde siliconevariant is ‘n houfgeleider, oonderzeukers vaan de Universiteit vaan Michigan höbbe -oetdèkde aonnames dat de materiaalklasse oetsletend isolerend is.

"Ut materiaal maak de meugelikheid open veur nuuje soorte platpaneeldisplays, flexibele fotovoltaïca, draagbare sensore of zelfs kleier die versjillende patroene of aafbeeldinge kinne toene," zag Richard Laine, U-M hoogleraar in materiaalweitesjap en techniek en macromoleculaire weitesjap en techniek en corresponderende auteur vaan de studie die onlangs in Rapiculaire Macromonications is gepubliceerd.

Silicone-olieje en rubbers-polysiloxane en silsesquioxane-zien traditioneel isolerende materiale, wat beteikent dat ze de strouming vaan elektriciteit of wermte weersjtaon. Hun water-bestandige eigesjappe make ze nuttig in biomedische apparate, afdichtingsmiddele, elektronische coatings en nog veul mie.

Ondertusse zien convensjonele houfgeleiders normaal gesproke star. Halfgeleidend silicone heet ‘t potentieel um de flexibele elektronica die Laine besjreef, zoewie silicone dee in versjèllende kleure te kriege is, meugelik te make.

Op moleculair niveau zien silicones opgebouwd oet ‘n ruggegraat vaan aafwisselende silicium- en zuurstofatome (Si-O-Si) mèt organische (koolstof-gebaseerde) groepe die aon ‘t silicium zien vasgemaak. Versjèllende 3D-vörminge vaan polymeerkettinge oontsjtaon es ze mèt mekaar verbinde, bekind es cross-verbinding, wat de fysieke eigesjappe vaan ‘t materiaal wie sterkde of oplosbaarheid aonpas.

Onderwieles dat versjillende kruus-verbindingsstructure in silicone woort bestudeerd, kaom ‘t oonderzeuksteam op ‘t potentieel veur elektrische geleiding in ‘n copolymeer, ‘n polymeerketting die twie versjillende soorte herhaolde einhede in dit geval bevat.

De meugelikheid veur geleiding kump veurt oet de meneer boe-op elektrone kinne bewege euver Si-O-Si bindinge mit euverlappende orbitale. Halfgeleiders höbbe twie hooftouwsjtande: de basistoesjtand, dee gein elektriciteit geleidt, en ‘n geleidende touwsjtand, dee dat deit. De geleidende touwstand, ouch bekind es ‘n opgewonde touwstand, kump veur es sommige elektrone umhoeg springke nao de volgende elektronorbitaal, dee wie ‘n metaol euver ‘t materiaal verboonde is.

Normaal gesproke make Si-O-Si-bindingshoeke die verbinding neet meugelik. Op 110 graode zien ze wiet vaan ‘n rechte lijn vaan 180 graode. Mer in de silicone-copolymeer dee ‘t team heet óntdèk, begoste dees bindinge op 140 graode in de basisstaot-en ze strekke ziech oet tot 150 graode in de opgewonde toestand. Dit waor genog um ‘n snelweg te make veur elektrische laojinge.

“Dit maak ‘n oonverwachde interactie tösse elektrone euver meerdere bindinge, boe-oonder Si-O-Si bindinge in dees copolymere meugelek,” zag Laine. “Wie langer de kèttellengte, wie gemekeleker is ‘t veur elektrone um langere aofstande te reize, boedoor de energie weurt verminderd dee nuudig is um leech te absorbere en ‘t daan oet te sjiete mèt lieger energieje.”

De halfgeleidende eigesjappe vaan de silicone-copolymere make ouch ‘t spectrum vaan kleure meugelik. Elektrone springe tusse de grónd en de opgewonde touwsjtande door fotone, of leechdeilkes, te absorbere en oet te sjiete. De leech-emissie is aafhankelik vaan de lengte vaan de copolymeerketting, die Laine’s team kin controlere. Langere kettinglengtes beteikene kleinere sprónge en liegere energiefotone, wat ‘t silicone ‘n rode tint gief. Kortere ketens nuudig groetere sprónge vaan de elektrone, zoetot ze mie energie leech oetstoete nao ‘t blauw eind vaan ‘t spectrum.

Um ‘t verband tusse de kettinglengte en leechabsorptie en emissie te laote zien, höbbe de oonderzeukers copolymere mèt versjèllende kettinglengtes gesjeie en ze in reeksbuis vaan lang tot kort gerangsjik. Door ‘n UV-leech op de sjlange te sjikke, oontsteit ‘n volle regeboag, aangezeen eder ‘t leech mit versjillende energieje absorbeert en oetstoet.

De kleurrieke matrix gebaseerd op de lengte vaan de copolymeerketting is veural uniek umtot tot noe touw silicone allein bekind zien es transparant of wit umtot hun isolerende eigesjappe ze neet in staot zien um väöl leech te absorbere.

"Veer numme un materiaal det iedereen elektrisch inert waor en geve ut un nuuj laeve-ein det de volgende generatie zachte, flexibele elektronica kin aonveure," zag Zijing (Jackie) Zhang, U-M doctorale student in materiaalweitesjap en techniek en hoofauteur vaan de studie.