Uma variante de silicone recém -descoberta é um semicondutor, os pesquisadores da Universidade de Michigan descobriram – suportando suposições de que a classe materials é exclusivamente isolante.
“O materials abre a oportunidade para novos tipos de exibições de painel plano, fotovoltaicos flexíveis, sensores vestíveis ou até roupas que podem exibir padrões ou imagens diferentes”, disse Richard Laine, professor de ciência e engenharia de materiais e ciência macromolecular e engenharia e autor correspondente do estudo publicado recentemente em publicado em publicado em publicado em publicado em publicado em publicado em publicado recentemente em em publicado em Comunicações rápidas macromoleculares.
Os óleos e borrachas de silicone – polissiloxanos e silsesquioxanos – são tradicionalmente materiais isolantes, o que significa que eles resistem ao fluxo de eletricidade ou calor. Suas propriedades resistentes à água os tornam úteis em dispositivos biomédicos, selantes, revestimentos eletrônicos e muito mais.
Enquanto isso, os semicondutores convencionais são tipicamente rígidos. O silicone semicondutor tem o potencial de permitir que a laine eletrônica flexível descrita, bem como o silicone que vem em uma variedade de cores.
No nível molecular, os silicones são compostos de uma espinha dorsal de átomos alternados de silício e oxigênio (Si-O-Si) com grupos orgânicos (à base de carbono) ligados ao silício. Várias formações 3D de cadeias poliméricas surgem quando se conectam entre si, conhecidas como reticulação, que alteram as propriedades físicas do materials, como força ou solubilidade.
Enquanto estudava diferentes estruturas de reticulação em silicone, a equipe de pesquisa tropeçou no potencial de condutividade elétrica em um copolímero, que é uma cadeia de polímero contendo dois tipos diferentes de unidades repetidas-estruturadas de gaiola e depois silicones lineares neste caso.
A possibilidade de condutividade surge da maneira como os elétrons podem se mover através de ligações Si – O – Si com orbitais sobrepostos. Os semicondutores têm dois estados principais: o estado elementary, que não conduz eletricidade, e um estado condutor, o que o faz. O estado condutor, também conhecido como estado excitado, ocorre quando alguns elétrons saltam para o próximo orbital elétron, que é conectado através do materials como um steel.
Normalmente, os ângulos de ligação Si – O – Si não permitem essa conexão. A 110 °, eles estão muito longe de uma linha reta de 180 °. Mas no copolímero de silicone descobriu que esses títulos começaram a 140 ° no estado elementary – e se estendem a 150 ° no estado excitado. Isso foi suficiente para criar uma estrada para que a carga elétrica flua.
“Isso permite uma interação inesperada entre elétrons em várias ligações, incluindo os títulos SI – O – SI nesses copolímeros”, disse Laine. “Quanto mais tempo o comprimento da corrente, mais fácil é para os elétrons viajar distâncias maiores, reduzindo a energia necessária para absorver a luz e depois emitê -la em energias mais baixas”.
As propriedades semicondutoras dos copolímeros de silicone também permitem seu espectro de cores. Os elétrons saltam entre o solo e os estados excitados absorvendo e emitindo fótons ou partículas de luz. A emissão de luz depende do comprimento da cadeia de copolímeros, que a equipe de Laine pode controlar. Os comprimentos da cadeia mais longos significam saltos menores e fótons de energia mais baixa, dando ao silicone uma tonalidade vermelha. As cadeias mais curtas requerem saltos maiores dos elétrons, para que emitem uma luz de energia mais alta em direção à extremidade azul do espectro.
Para demonstrar a conexão entre o comprimento da cadeia e a absorção de luz e a emissão, os pesquisadores separaram copolímeros com diferentes comprimentos da cadeia e os organizaram em tubos de teste de longo a curto. Brilhando uma luz UV nos tubos cria um arco -íris cheio, pois cada um absorve e emite a luz em diferentes energias.
A matriz colorida baseada no comprimento da cadeia de copolímeros é particularmente única porque, até este ponto, os silicones só são conhecidos por serem transparentes ou brancos porque suas propriedades isolantes os tornam incapazes de absorver muita luz.
“Estamos pegando um materials que todos pensavam que period eletricamente inerte e dando uma nova vida – uma que poderia alimentar a próxima geração de eletrônicos suaves e flexíveis”, disse Zijing (Jackie) Zhang, estudante de doutorado da Ciência e Engenharia de Materiais e autor do estudo.
A pesquisa foi financiada pela US Nationwide Science Basis (2103628) e pelo Fundo Nacional de Ciência, Pesquisa e Inovação da Tailândia (NSRF) por meio da Unidade de Gerenciamento de Programas para Recursos Humanos e Desenvolvimento Institucional, Pesquisa e Inovação (B16F640099).
