Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что новый вид силикона может проводить электричество — это опровергает прежние представления о том, что такие материалы всегда являются изоляторами.

Это открывает путь к созданию гибких дисплеев, солнечных панелей, носимых датчиков и даже одежды, которая сможет менять узоры или изображения, — говорит Ричард Лейн, профессор материаловедения и инженерии, ведущий автор исследования, опубликованного в Macromolecular Rapid Communications.

Обычные силиконы (масла, резины) не проводят ток и используются в медицине, герметиках, защитных покрытиях.

Полупроводники же, как правило, жесткие. Новый материал сочетает гибкость силикона с электропроводностью, а еще — может быть любого цвета.

Силиконы состоят из цепочек кремния и кислорода (Si—O—Si) с органическими «ответвлениями». Их свойства зависят от структуры: чем сильнее переплетены молекулы, тем прочнее материал.

Ученые изучали разные варианты таких структур и случайно обнаружили, что один из сополимеров (где чередуются два типа звеньев — «клетки» и линейные цепочки) может проводить ток.

Оказалось, все дело в углах между атомами. Обычно связь Si—O—Si изогнута под 110°, и электроны не могут свободно перемещаться.

Но в новом материале угол в исходном состоянии — 140°, а при возбуждении растягивается до 150°. Этого хватает, чтобы ток пошел.

Электроны начинают «перепрыгивать» между молекулами, как по шоссе, — объясняет Лейн. — Чем длиннее цепочка, тем легче движению, и тем меньше энергии нужно для свечения.

Цвет зависит от длины цепи:

• Длинные цепочки — электроны делают маленькие «прыжки», излучают красный свет.
• Короткие — «прыжки» больше, свет синий или фиолетовый.

Ученые разделили образцы по длине молекул, выстроили в пробирки и подсветили ультрафиолетом — получилась радуга. Раньше силиконы могли быть только прозрачными или белыми, ведь они не поглощали свет.

Мы вдохнули в «мертвый» материал новую жизнь — теперь он сможет питать гибкую электронику, — говорит Цзицзин (Джеки) Чжан, аспирант и автор исследования.

Этот прорыв решает две ключевые проблемы:

• Гибкость vs проводимость — теперь не надо выбирать. Можно создавать тонкие, сгибаемые схемы для медицинских датчиков, которые не ломаются при движении.
• Цвет без красителей — материал сам излучает свет разного оттенка, что упрощает производство дисплеев.

Особенно перспективно применение в биосовместимых имплантах: силиконы уже используются в медицине, а теперь смогут и передавать данные.

Пока неясно, как материал поведет себя при длительной эксплуатации: Si—O—Si связи могут разрушаться под нагрузкой, а изменение углов требует энергии — не приведет ли это к быстрой деградации?

Ранее ученые сообщили, что жидкокристаллический силикон становится жестче после повторного сжатия.