半导体，迎来新替代者
发布日期：2025-06-24 09:25 点击次数：65（原标题：半导体，迎来新替代者）
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硅和氧原子之间已经被以为只是是绝缘体，但硅和氧原子之间角度的变化却为电荷的流动灵通了通谈。
密歇根大学的一项粉碎性发现标明，一种新式硅树脂不错充任半导体。这一发现挑战了永久以来硅树脂只是是绝缘材料的不雅念。
“这种材料为新式平板泄漏器、柔性光伏电板、可穿着传感器，以致大致泄漏不同图案或图像的服装开拓了契机，”密歇根大学材料科学与工程和大分子科学与工程讲授、最近在《大分子快速通信》上发表的策划的通信作家理查德·莱恩说。
硅油和硅橡胶，又称聚硅氧烷和倍半硅氧烷，几十年来因其耐电流和热传导的特质而被正常专揽。其防水特质使其成为生物医学建立、密封剂、电子涂层等的理思采用。
与此同期，传统半导体频频呈刚性。半导体硅树脂则有后劲完结莱恩所形色的柔性电子家具，况且还能呈现出多种情态。
分子结构和电导率的发现
从分子层面来看，有机硅是由轮流陈列的硅原子和氧原子（Si—O—Si）构成的骨架，并在硅原子上附着有机（碳基）基团。当团聚物链相互贯串（即交联）时，会酿成各式三维结构，从而更正材料的强度或融化度等物感性质。
在策划有机硅的不同交聚拢构时，策划小组有时发现了共聚物的导电后劲，共聚物是一种含有两种不同类型重复单位的团聚物链——在本例中是笼状结构有机硅和线性有机硅。
导电性的可能性源于电子大致穿过轨谈访佛的Si—O—Si键的形势。半导体主要有两种景象：不导电的基态和导电的导电态。导电态，也称为激励态，发生在一些电子跃迁到下一个电子轨谈时，该轨谈与材料（举例金属）贯串。
频频情况下，Si—O—Si键角无法完结这种贯串。110°的键角距离180°的直线相去甚远。但该团队发现，在硅酮共聚物中，这些键在基态时肇始于140°，而在激励态时蔓延至150°。这足以为电荷流动创造一条通谈。
“这使得这些共聚物中包括Si—O—Si键在内的多个键之间的电子之间发生了出东谈主张想的相互作用，”莱恩说。“链越长，伦敦金交易电子就越容易行进更长的距离，从而减少了经受光并以较顽劣量辐射光所需的能量。”
色谱和链长截止
硅酮共聚物的半导体特质也使其领有丰富的颜色光谱。电子通过经受和辐射光子（光粒子）在基态和激励态之间跃迁。光的辐射取决于共聚物链的长度，而莱恩的团队不错截止链的长度。链越长，跃迁越小，光子能量也越低，从而使硅酮呈现红色。链越短，电子跃迁所需的能量就越大，因此它们会辐射出能量更高的蓝光，偏向光谱的蓝色端。
为了解说链长与光经受和辐射之间的关连，策划东谈主员分辨了不同链长的共聚物，并将它们从长到短陈列在试管中。用紫外线照耀试管，由于每个试管经受和辐射的光能量不同，因此酿成了好意思满的彩虹。
基于共聚物链长的彩色阵列尤其独有，因为到现在为止，硅酮只被以为是透明或白色的，因为它们的绝缘特质使它们无法经受太多的光。
“咱们袭取了一种各人王人以为是电惰性的材料，并赋予它新的人命——这种材料不错为下一代柔嫩、生动的电子家具提供能源，”密歇根大学材料科学与工程博士生、该策划的主要作家张子静（Jackie）说。
参考文件：Zijing Zhang、Cecilia Pilon、Hana Kaehr、Pimjai Pimbaotham、Siriporn Jungsuttiwong 和 Richard M. Laine 合著的《Si─O─Si 键上的 σ–σ* 共轭》，2025 年 3 月 12 日，《大分子快速通信》。DOI：10.1002/marc.202500081
https://scitechdaily.com/new-material-breaks-the-rules-scientists-turn-insulator-into-a-semiconductor/
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