Kanuni-Kuvunja, Silicone ya Rangi Inayoweza Kuendesha Umeme

Lahaja mpya ya silikoni iliyogunduliwa ni semicondukta, watafiti wa Chuo Kikuu cha Michigan wamegundua- dhana zinazoendelea kuwa darasa la nyenzo ni la kuhami pekee.

"Nyenzo hizi hufungua fursa kwa aina mpya za onyesho la paneli bapa, voltaiki zinazonyumbulika, vitambuzi vinavyoweza kuvaliwa au hata mavazi ambayo yanaweza kuonyesha muundo au picha tofauti," alisema Richard Laine, U-M profesa wa sayansi ya nyenzo na uhandisi na sayansi na uhandisi wa macromolecular na mwandishi sambamba wa utafiti uliochapishwa hivi majuzi katika Macromolecular Rapid Communications.

Mafuta ya silikoni na raba-polysiloxanes na silsesquioxanes-ni nyenzo za kuhami joto, kumaanisha kwamba hustahimili mtiririko wa umeme au joto. Sifa zao zinazostahimili maji-huzifanya kuwa muhimu katika vifaa vya matibabu, mihuri, mipako ya kielektroniki na zaidi.

Wakati huo huo, semiconductors ya kawaida ni ngumu. Silicone ya upitishaji hewa ina uwezo wa kuwezesha vifaa vya elektroniki vinavyonyumbulika vya Laine vilivyofafanuliwa pamoja na silikoni ambayo huja katika rangi mbalimbali.

Katika kiwango cha molekuli, silikoni huundwa kwa uti wa mgongo wa silicon na atomi za oksijeni zinazopishana (Si-O-Si) na vikundi vya kikaboni ({2}}msingi) vilivyounganishwa kwenye silicon. Miundo mbalimbali ya 3D ya minyororo ya polima hutokea inapounganishwa, inayojulikana kama-kuunganisha, ambayo hubadilisha sifa halisi za nyenzo kama vile nguvu au umumunyifu.

Ilipokuwa inasoma-miundo tofauti ya kuunganisha katika silikoni, timu ya utafiti ilikumbana na uwezekano wa upitishaji umeme katika kopolima, ambao ni mnyororo wa polima ulio na aina mbili tofauti za vijirudio-kee{2}}iliyoundwa na kisha silikoni za mstari katika kesi hii.

Uwezekano wa upitishaji unatokana na jinsi elektroni zinavyoweza kuvuka vifungo vya Si-O-Si vilivyo na obiti zinazopishana. Semiconductors ina majimbo mawili kuu: hali ya chini, ambayo haifanyi umeme, na hali ya uendeshaji, ambayo hufanya. Hali ya kufanya kazi, inayojulikana pia kama hali ya msisimko, hutokea wakati baadhi ya elektroni zinaruka hadi kwenye obiti ya elektroni inayofuata, ambayo imeunganishwa kwenye nyenzo kama chuma.

Kwa kawaida, Si-O-pembe za Si bond haziruhusu muunganisho huo. Kwa digrii 110, ziko mbali na mstari wa moja kwa moja wa digrii 180. Lakini katika silikoni copolymer timu iligundua, bondi hizi zilianza kwa nyuzi 140 katika hali ya chini-na zinaenea hadi digrii 150 katika hali ya msisimko. Hii ilitosha kuunda barabara kuu ya malipo ya umeme kutiririka.

"Hii inaruhusu mwingiliano usiotarajiwa kati ya elektroni kwenye bondi nyingi ikiwa ni pamoja na Si-O-Bondi za Si katika kopolima hizi," Laine alisema. "Kadiri urefu wa mnyororo unavyoongezeka, ndivyo inavyokuwa rahisi zaidi kwa elektroni kusafiri umbali mrefu, kupunguza nishati inayohitajika kunyonya mwanga na kisha kuitoa kwa nishati ya chini."

Sifa za semiconducting za copolymers za silicone pia huwezesha wigo wake wa rangi. Elektroni huruka kati ya ardhi na hali ya msisimko kwa kunyonya na kutoa fotoni, au chembe za mwanga. Utoaji wa mwanga hutegemea urefu wa mnyororo wa copolymer, ambayo timu ya Laine inaweza kudhibiti. Urefu wa mnyororo mrefu unamaanisha kuruka kidogo na fotoni za chini za nishati, na kuifanya silikoni kuwa na rangi nyekundu. Minyororo mifupi inahitaji miruko mikubwa zaidi kutoka kwa elektroni, kwa hivyo hutoa mwanga wa juu zaidi wa nishati kuelekea mwisho wa samawati wa wigo.

Ili kuonyesha uhusiano kati ya urefu wa mnyororo na ufyonzaji mwanga na utoaji wa hewa chafu, watafiti walitenganisha copolymers zenye urefu tofauti wa mnyororo na kuzipanga katika mirija ya majaribio kutoka kwa muda mrefu hadi mfupi. Kuangaza mwanga wa UV kwenye mirija huunda upinde wa mvua kamili kila moja inapofyonza na kutoa mwanga kwa nishati tofauti.

Safu ya rangi kulingana na urefu wa mnyororo wa copolymer ni ya kipekee kwa sababu hadi wakati huu, silikoni zimejulikana tu kuwa wazi au nyeupe kwa sababu sifa zao za kuhami huzifanya zishindwe kunyonya mwanga mwingi.

"Tunachukua nyenzo ambayo kila mtu alidhani kuwa haizimiki kwa umeme na kuipa maisha mapya-ambayo inaweza kuwasha kizazi kijacho cha vifaa vya elektroniki vinavyonyumbulika," alisema Zijing (Jackie) Zhang, U-M mwanafunzi wa udaktari wa sayansi ya nyenzo na uhandisi na mwandishi mkuu wa utafiti huo.