Электр тоғын өткізе алатын-Ережені бұзатын, түрлі-түсті силикон

Силиконның жаңадан табылған нұсқасы жартылай өткізгіш болып табылады, Мичиган университетінің зерттеушілері-материалдық класс тек оқшаулағыш болып табылатыны туралы болжамдарды анықтады.

«Материал тегіс панельді дисплейлердің, икемді фотоэлектрлік құрылғылардың, киюге болатын сенсорлардың немесе тіпті әртүрлі үлгілер мен кескіндерді көрсете алатын киімдердің жаңа түрлеріне мүмкіндік ашады», - деді Ричард Лэйн, материалтану және инженерия және макромолекулярлық ғылым және инженерия профессоры және жақында Macromolecular Rapid Communications журналында жарияланған зерттеудің сәйкес авторы.

Силикон майлары мен резеңкелер-полисилоксандар мен силсесквиоксандар- дәстүрлі оқшаулағыш материалдар болып табылады, яғни олар электр немесе жылу ағынына қарсы тұрады. Олардың суға төзімділігі{3}} оларды биомедициналық құрылғыларда, тығыздағыштарда, электронды жабындарда және т.б. пайдалы етеді.

Сонымен қатар, әдеттегі жартылай өткізгіштер әдетте қатты. Жартылай өткізгіш силиконның Laine сипатталған икемді электрониканы, сондай-ақ әртүрлі түстермен келетін силиконды қосу мүмкіндігі бар.

Молекулярлық деңгейде силикондар кремнийге қосылған органикалық (көміртек{2}}негізіндегі) топтары бар кремний мен оттегі атомдарының (Si-O-Si) ауыспалы негізінен тұрады. Полимер тізбегінің әртүрлі 3D түзілімдері бір-бірімен қосылған кезде пайда болады, олар айқас{5}}байланыс деп аталады, бұл материалдың беріктігі немесе ерігіштігі сияқты физикалық қасиеттерін өзгертеді.

Силикондағы әртүрлі кросс{0}}байланыс құрылымдарын зерттей отырып, зерттеу тобы сополимердегі электр өткізгіштік потенциалына тап болды, бұл жағдайда екі түрлі қайталанатын бірлік-торлы-құрылымды, содан кейін сызықтық силикондарды қамтитын полимер тізбегі.

Өткізгіштік мүмкіндігі электрондардың Si{0}}O-Si байланыстары арқылы қабаттасатын орбитальдары арқылы қозғала алуынан туындайды. Жартылай өткізгіштердің екі негізгі күйі бар: электр тогын өткізбейтін негізгі күй және өткізетін өткізгіш күй. Өткізгіш күй, қоздырылған күй деп те аталады, кейбір электрондар металл сияқты материал арқылы қосылған келесі электронды орбитальға секіргенде пайда болады.

Әдетте, Si-O-Si байланыс бұрыштары бұл қосылымға мүмкіндік бермейді. 110 градуста олар 180 градустық түзу сызықтан ұзақ жол. Бірақ топ ашқан силикон сополимерінде бұл байланыстар негізгі күйде 140 градустан- басталып, қозғалған күйде 150 градусқа дейін созылады. Бұл электр зарядының ағуы үшін магистраль жасау үшін жеткілікті болды.

«Бұл көптеген байланыстардағы электрондар арасында күтпеген әсерлесуге мүмкіндік береді, соның ішінде осы сополимерлердегі Si-O-Si байланыстары», - деді Лэйн. «Тізбек ұзындығы неғұрлым ұзағырақ болса, электрондардың ұзақ қашықтыққа жүруі жеңілірек болады, бұл жарықты сіңіру үшін қажет энергияны азайтады, содан кейін оны төменгі энергияларда шығарады».

Силикон сополимерлерінің жартылай өткізгіштік қасиеттері оның түстер спектрін де қамтамасыз етеді. Фотондарды немесе жарық бөлшектерін жұту және шығару арқылы электрондар жер мен қозғалған күйлер арасында секіреді. Жарық шығару сополимер тізбегінің ұзындығына байланысты, оны Лайнның командасы басқара алады. Тізбек ұзындығының ұзағырақ болуы силиконға қызыл реңк беретін кішірек секірулер мен энергиялық фотондардың төмендеуін білдіреді. Қысқа тізбектер электрондардан үлкен секіруді қажет етеді, сондықтан олар спектрдің көк соңына қарай жоғары энергиялық жарық шығарады.

Тізбек ұзындығы мен жарықты сіңіру мен сәуле шығару арасындағы байланысты көрсету үшін зерттеушілер әртүрлі тізбек ұзындығы бар сополимерлерді бөліп, оларды ұзыннан қысқаға дейін пробиркаларға орналастырды. Түтіктерге ультракүлгін сәулесін түсіру толық кемпірқосақ жасайды, өйткені әрқайсысы әртүрлі энергияларда жарықты сіңіреді және шығарады.

Сополимер тізбегінің ұзындығына негізделген түрлі-түсті массив ерекше ерекше, өйткені осы уақытқа дейін силикондар тек мөлдір немесе ақ болатыны белгілі болды, өйткені олардың оқшаулау қасиеттері оларды көп жарықты сіңіре алмайды.

«Біз әркім электрлік инертті деп ойлаған материалды алып, оған жұмсақ, икемді электрониканың келесі буынын қуаттай алатын-жаңа өмір беріп жатырмыз», - деді Зицзин (Джеки) Чжан, материалтану және техника ғылымдарының докторанты және зерттеудің жетекші авторы У-.