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新资料打破常规：科学家将绝缘体转变为半导体
时间: 2025-06-19 17:59:01 | 作者: 贝博bb平台登录入口
一种曾被以为仅仅是绝缘体的资料，经过改动硅氧原子键角，为电荷活动拓荒了通道。
密歇根大学的一项突破性发现提醒，一种新式有机硅可以充任半导体。这一发现挑战了长期以来以为有机硅仅仅绝缘资料的观念。
“这种资料为新式平板显现器、柔性光伏器材、可穿戴传感器，乃至是能显现不同图画或图画的服装拓荒了时机，”密歇根大学资料科学与工程及高分子科学与工程教授、该研讨通讯作者理查德·莱恩（Richard Laine）说道。该研讨最近宣布在《大分子快讯》杂志上。
被称为聚硅氧烷和倍半硅氧烷的有机硅油和橡胶，因其能阻挠电流和热量的活动而数十年来被大范围的使用。其防水特性使其成为生物医学设备、密封剂、电子涂层等的抱负挑选。
与此同时，传统半导体通常是刚性的。半导体有机硅有潜力完成莱恩所描绘的柔性电子设备，以及具有多种色彩的有机硅资料。
在分子层面，有机硅由替换的硅和氧原子（Si—O—Si）构成的主链组成，硅原子上衔接着有机（碳基）基团。当聚合物链相互衔接（称为交联）时，会构成各种三维结构，然后改动资料的物理性质，如强度或溶解度。
在研讨有机硅中不同的交联结构时，研讨团队偶尔发现了一种共聚物具有导电潜力。共聚物是一种包含两种不相同重复单元的聚合物链 —— 在此事例中，是笼形结构有机硅和线性有机硅。
导电的可能性源于电子可以经过具有轨迹堆叠的Si—O—Si键进行搬迁的方法。半导体有两种首要状况：不导电的基态和导电的激发态。当一些电子跃迁到下一个电子轨迹时，就达到了导电状况（也称为激发态），该轨迹像金属相同在整个资猜中相互衔接。
通常情况下，Si—O—Si键角不答应这种衔接。它们在110°时，远非180°的直线。但在团队发现的这种有机硅共聚物中，这些键在基态时开始视点为140°，在激发态时则拉伸到150°。这足以构成一条电荷活动的“高速公路”。
“这答应电子经过这一些共聚物中的多个键（包含Si—O—Si键）之间发生意想不到的相互作用，”莱恩说。“链越长，电子传输间隔越远就越简单，以此来降低了吸收光所需的能量，并以更低的能量将其发射出来。”
这种有机硅共聚物的半导体特性也使其可以出现多种色彩。电子经过吸收和发射光子（即光粒子）在基态和激发态之间跃迁。光的发射取决于共聚物链的长度，莱恩的团队可以对此来操控。链长越长意味着电子跃迁起伏越小，发射的光子能量越低，然后使有机硅出现红色彩。链越短则要求电子跃迁起伏越大，因而它们发射出光谱中倾向蓝色端的高能量光。
为了展现链长与光吸收和发射之间的联系，研讨人员别离出具有不相同链长的共聚物，并将其按从长到短的顺序排列在试管中。当用紫外光照耀这些试管时，由于每种共聚物在不同能量下吸收并发射光线，便构成了完好的彩虹。
这种根据共聚物链长的五颜六色阵列尤为共同，由于在此之前，人们只知道有机硅是通明或白色的，由于其绝缘特性使其无法吸收很多光。
“咱们正在赋予一种被所有人以为具有‘电慵懒’的资料以新的生命 —— 一种可以驱动下一代柔软、柔性电子设备的生命，”该研讨的榜首作者、密歇根大学资料科学与工程博士生张晶晶（音译）说道。