એક નિયમ-તોડતો, રંગબેરંગી સિલિકોન જે વીજળીનું સંચાલન કરી શકે છે

નવી શોધાયેલ સિલિકોન વેરિઅન્ટ સેમિકન્ડક્ટર છે, યુનિવર્સિટી ઓફ મિશિગનના સંશોધકોએ -ઉપરાંત ધારણાઓ શોધી કાઢી છે કે સામગ્રીનો વર્ગ વિશિષ્ટ રીતે ઇન્સ્યુલેટીંગ છે.

"સામગ્રી નવા પ્રકારનાં ફ્લેટ પેનલ ડિસ્પ્લે, લવચીક ફોટોવોલ્ટેઇક્સ, પહેરવા યોગ્ય સેન્સર અથવા તો કપડાં કે જે વિવિધ પેટર્ન અથવા છબીઓ પ્રદર્શિત કરી શકે તેવી તકો ખોલે છે," રિચાર્ડ લેને, સામગ્રી વિજ્ઞાન અને એન્જિનિયરિંગ અને મેક્રોમોલેક્યુલર સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગના યુ

સિલિકોન તેલ અને રબર-પોલીસિલોક્સેન અને સિલસેક્વિઓક્સેન-પરંપરાગત રીતે ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રી છે, એટલે કે તેઓ વીજળી અથવા ગરમીના પ્રવાહનો પ્રતિકાર કરે છે. તેમના પાણીની-પ્રતિરોધક ગુણધર્મો તેમને બાયોમેડિકલ ઉપકરણો, સીલંટ, ઇલેક્ટ્રોનિક કોટિંગ અને વધુમાં ઉપયોગી બનાવે છે.

દરમિયાન, પરંપરાગત સેમિકન્ડક્ટર સામાન્ય રીતે સખત હોય છે. સેમિકન્ડક્ટીંગ સિલિકોનમાં વર્ણવેલ લવચીક ઈલેક્ટ્રોનિક્સ લાઈન તેમજ સિલિકોન જે વિવિધ રંગોમાં આવે છે તેને સક્ષમ કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.

On a molecular level, silicones are made up of a backbone of alternating silicon and oxygen atoms (Si-O-Si) with organic (carbon-based) groups attached to the silicon. Various 3D formations of polymer chains arise as they connect to one another, known as cross-linking, which alter the material's physical properties like strength or solubility.

સિલિકોનમાં વિવિધ ક્રોસ-લિંકિંગ સ્ટ્રક્ચર્સનો અભ્યાસ કરતી વખતે, સંશોધન ટીમે કોપોલિમરમાં વિદ્યુત વાહકતાની સંભવિતતા પર ઠોકર મારી, જે એક પોલિમર સાંકળ છે જેમાં બે અલગ અલગ પ્રકારના પુનરાવર્તિત એકમો-કેજ-સંરચિત અને પછી રેખીય સિલિકોન્સ છે.

વાહકતા માટેની શક્યતા એ રીતે ઊભી થાય છે કે જે રીતે ઇલેક્ટ્રોન સિ-O-સી બોન્ડમાં ઓવરલેપિંગ ઓર્બિટલ્સ સાથે આગળ વધી શકે છે. સેમિકન્ડક્ટર્સમાં બે મુખ્ય અવસ્થાઓ હોય છે: જમીનની સ્થિતિ, જે વીજળીનું સંચાલન કરતી નથી, અને વાહક અવસ્થા, જે કરે છે. વાહક અવસ્થા, જેને ઉત્તેજિત અવસ્થા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે ત્યારે થાય છે જ્યારે કેટલાક ઈલેક્ટ્રોન આગલા ઈલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ સુધી કૂદી જાય છે, જે ધાતુની જેમ સમગ્ર સામગ્રીમાં જોડાયેલ હોય છે.

સામાન્ય રીતે, Si-O-Si બોન્ડ એન્ગલ તે કનેક્શનને મંજૂરી આપતા નથી. 110 ડિગ્રી પર, તેઓ 180 ડિગ્રી સીધી રેખાથી ઘણા લાંબા અંતરે છે. પરંતુ ટીમે શોધેલા સિલિકોન કોપોલિમરમાં, આ બોન્ડ્સ ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં 140 ડિગ્રીથી શરૂ થાય છે-અને ઉત્સાહિત સ્થિતિમાં 150 ડિગ્રી સુધી લંબાય છે. વિદ્યુત ચાર્જ વહી જવા માટે હાઇવે બનાવવા માટે આ પૂરતું હતું.

"આ કોપોલિમર્સમાં Si-O-Si બોન્ડ સહિત બહુવિધ બોન્ડમાં ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચે અનપેક્ષિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને મંજૂરી આપે છે," લેઇને કહ્યું. "સાંકળની લંબાઈ જેટલી લાંબી છે, ઇલેક્ટ્રોન માટે લાંબા અંતરની મુસાફરી કરવી તેટલું સરળ છે, પ્રકાશને શોષવા માટે જરૂરી ઊર્જા ઘટાડે છે અને પછી તેને નીચી ઊર્જા પર ઉત્સર્જિત કરે છે."

સિલિકોન કોપોલિમર્સના અર્ધસંવાહક ગુણધર્મો તેના રંગોના સ્પેક્ટ્રમને પણ સક્ષમ કરે છે. ઇલેક્ટ્રોન ફોટોન અથવા પ્રકાશના કણોને શોષી અને ઉત્સર્જિત કરીને જમીન અને ઉત્તેજિત અવસ્થા વચ્ચે કૂદી પડે છે. પ્રકાશ ઉત્સર્જન કોપોલિમર સાંકળની લંબાઈ પર આધાર રાખે છે, જેને લેઈનની ટીમ નિયંત્રિત કરી શકે છે. લાંબી સાંકળની લંબાઈનો અર્થ છે નાના કૂદકા અને ઓછી ઉર્જા ફોટોન, જે સિલિકોનને લાલ રંગ આપે છે. ટૂંકી સાંકળોને ઇલેક્ટ્રોનથી મોટા કૂદકાની જરૂર પડે છે, તેથી તેઓ સ્પેક્ટ્રમના વાદળી છેડા તરફ ઉચ્ચ ઊર્જા પ્રકાશ ફેંકે છે.

સાંકળની લંબાઈ અને પ્રકાશ શોષણ અને ઉત્સર્જન વચ્ચેના જોડાણને દર્શાવવા માટે, સંશોધકોએ વિવિધ સાંકળની લંબાઈવાળા કોપોલિમર્સને અલગ કર્યા અને તેમને ટેસ્ટ ટ્યુબમાં લાંબાથી ટૂંકા સુધી ગોઠવ્યા. ટ્યુબ પર યુવી લાઇટને ચમકાવવાથી સંપૂર્ણ મેઘધનુષ્ય બને છે કારણ કે દરેક પ્રકાશને અલગ-અલગ ઊર્જાથી શોષી લે છે અને બહાર કાઢે છે.

કોપોલિમર સાંકળની લંબાઈ પર આધારિત રંગીન એરે ખાસ કરીને અનન્ય છે કારણ કે આ બિંદુ સુધી, સિલિકોન્સ માત્ર પારદર્શક અથવા સફેદ હોવાનું જાણવા મળ્યું છે કારણ કે તેમના ઇન્સ્યુલેટીંગ ગુણધર્મો તેમને વધુ પ્રકાશ શોષવામાં અસમર્થ બનાવે છે.

"અમે એવી સામગ્રી લઈ રહ્યા છીએ જે દરેકને વિદ્યુત રીતે નિષ્ક્રિય માનવામાં આવે છે અને તેને નવું જીવન આપીએ છીએ- જે નરમ, લવચીક ઇલેક્ટ્રોનિક્સની આગામી પેઢીને શક્તિ આપી શકે," ઝિજિંગ (જેકી) ઝાંગ, યુ