വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ കഴിയുന്ന ഒരു നിയമം-ബ്രേക്കിംഗ്, വർണ്ണാഭമായ സിലിക്കൺ

പുതുതായി കണ്ടെത്തിയ ഒരു സിലിക്കൺ വേരിയൻ്റ് ഒരു അർദ്ധചാലകമാണ്, മിഷിഗൺ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ-മെറ്റീരിയൽ ക്ലാസ് പ്രത്യേകമായി ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ആണെന്ന് ഉയർന്ന അനുമാനങ്ങൾ കണ്ടെത്തി.

"പുതിയ തരം ഫ്ലാറ്റ് പാനൽ ഡിസ്പ്ലേകൾ, ഫ്ലെക്സിബിൾ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക്സ്, ധരിക്കാവുന്ന സെൻസറുകൾ അല്ലെങ്കിൽ വ്യത്യസ്ത പാറ്റേണുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഇമേജുകൾ പ്രദർശിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന വസ്ത്രങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്കുള്ള അവസരം ഈ മെറ്റീരിയൽ തുറക്കുന്നു," U-M മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ്, മാക്രോമോളിക്യുലർ സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസറും പഠനത്തിൻ്റെ അനുബന്ധ രചയിതാവുമായ റിച്ചാർഡ് ലെയ്ൻ പറഞ്ഞു.

സിലിക്കൺ ഓയിലുകളും റബ്ബറുകളും-പോളിസിലോക്സെയ്നുകളും സിൽസെക്വിയോക്സെയ്നുകളും{1}}പരമ്പരാഗതമായി ഇൻസുലേറ്റിംഗ് വസ്തുക്കളാണ്, അതായത് അവ വൈദ്യുതിയുടെയോ താപത്തിൻ്റെയോ ഒഴുക്കിനെ പ്രതിരോധിക്കും. അവയുടെ ജല-പ്രതിരോധ ഗുണങ്ങൾ ബയോമെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ, സീലൻ്റുകൾ, ഇലക്ട്രോണിക് കോട്ടിംഗുകൾ എന്നിവയിലും മറ്റും അവയെ ഉപയോഗപ്രദമാക്കുന്നു.

അതേസമയം, പരമ്പരാഗത അർദ്ധചാലകങ്ങൾ സാധാരണയായി കർക്കശമാണ്. അർദ്ധചാലക സിലിക്കണിന് വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന ഫ്ലെക്സിബിൾ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് ലെയ്‌നും വിവിധ നിറങ്ങളിൽ വരുന്ന സിലിക്കണും പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കാനുള്ള കഴിവുണ്ട്.

ഒരു തന്മാത്രാ തലത്തിൽ, സിലിക്കണിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഓർഗാനിക് (കാർബൺ-അധിഷ്‌ഠിത) ഗ്രൂപ്പുകളുള്ള സിലിക്കണിൻ്റെയും ഓക്‌സിജൻ ആറ്റങ്ങളുടെയും (Si-O-Si) ഒരു നട്ടെല്ലാണ് സിലിക്കണുകൾ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ക്രോസ് ലിങ്കിംഗ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന പോളിമർ ശൃംഖലകളുടെ വിവിധ 3D രൂപീകരണങ്ങൾ അവ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ശക്തിയോ ലയിക്കുന്നതോ പോലുള്ള ഭൗതിക ഗുണങ്ങളെ മാറ്റുന്നു.

സിലിക്കണിലെ വ്യത്യസ്ത ക്രോസ് ലിങ്കിംഗ് ഘടനകളെ കുറിച്ച് പഠിക്കുമ്പോൾ, ഗവേഷക സംഘം ഒരു കോപോളിമറിലെ വൈദ്യുത ചാലകതയുടെ സാധ്യതയിൽ ഇടറി, ഇത് രണ്ട് വ്യത്യസ്ത തരം ആവർത്തന യൂണിറ്റുകൾ-കേജ്{2}}ഘടനയുള്ളതും തുടർന്ന് രേഖീയവുമായ സിലിക്കണുകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു പോളിമർ ശൃംഖലയാണ്.

ഓവർലാപ്പിംഗ് ഓർബിറ്റലുകളുള്ള Si{0}}O-Si ബോണ്ടുകളിൽ ഇലക്‌ട്രോണുകൾക്ക് സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുന്ന വിധത്തിൽ നിന്നാണ് ചാലകതയ്ക്കുള്ള സാധ്യത ഉണ്ടാകുന്നത്. അർദ്ധചാലകങ്ങൾക്ക് രണ്ട് പ്രധാന അവസ്ഥകളുണ്ട്: വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാത്ത ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റ്, അത് ചെയ്യുന്ന ഒരു ചാലക അവസ്ഥ. ചില ഇലക്ട്രോണുകൾ അടുത്ത ഇലക്ട്രോൺ പരിക്രമണപഥത്തിലേക്ക് കുതിക്കുമ്പോൾ, ഒരു ആവേശകരമായ അവസ്ഥ എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന ചാലകാവസ്ഥ സംഭവിക്കുന്നു, അത് ഒരു ലോഹം പോലെ പദാർത്ഥത്തിലുടനീളം ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.

സാധാരണഗതിയിൽ, Si{0}}O-Si ബോണ്ട് ആംഗിളുകൾ ആ കണക്ഷൻ അനുവദിക്കില്ല. 110 ഡിഗ്രിയിൽ, അവ 180 ഡിഗ്രി നേർരേഖയിൽ നിന്ന് വളരെ അകലെയാണ്. എന്നാൽ സംഘം കണ്ടെത്തിയ സിലിക്കൺ കോപോളിമറിൽ, ഈ ബോണ്ടുകൾ ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിൽ 140 ഡിഗ്രിയിൽ ആരംഭിക്കുന്നു വൈദ്യുത ചാർജ് ഒഴുകുന്നതിനുള്ള ഒരു ഹൈവേ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഇത് മതിയായിരുന്നു.

"ഇത് ഈ കോപോളിമറുകളിലെ Si{0}}O-Si ബോണ്ടുകൾ ഉൾപ്പെടെ ഒന്നിലധികം ബോണ്ടുകളിലുടനീളം ഇലക്ട്രോണുകൾക്കിടയിൽ അപ്രതീക്ഷിതമായ പ്രതിപ്രവർത്തനം അനുവദിക്കുന്നു," ലെയ്ൻ പറഞ്ഞു. "ചെയിൻ നീളം കൂടുന്തോറും ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കൂടുതൽ ദൂരം സഞ്ചരിക്കാൻ എളുപ്പമാണ്, പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യാനും കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജത്തിൽ അത് പുറത്തുവിടാനും ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം കുറയ്ക്കുന്നു."

സിലിക്കൺ കോപോളിമറുകളുടെ അർദ്ധചാലക ഗുണങ്ങളും അതിൻ്റെ നിറങ്ങളുടെ സ്പെക്ട്രത്തെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു. ഫോട്ടോണുകൾ അല്ലെങ്കിൽ പ്രകാശത്തിൻ്റെ കണികകൾ ആഗിരണം ചെയ്യുകയും പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്തുകൊണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ നിലത്തിനും ആവേശഭരിതമായ അവസ്ഥകൾക്കുമിടയിൽ ചാടുന്നു. ലൈനിൻ്റെ ടീമിന് നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുന്ന കോപോളിമർ ശൃംഖലയുടെ ദൈർഘ്യത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കും പ്രകാശ ഉദ്വമനം. ദൈർഘ്യമേറിയ ചെയിൻ ദൈർഘ്യം അർത്ഥമാക്കുന്നത് ചെറിയ കുതിച്ചുചാട്ടങ്ങളും താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ ഫോട്ടോണുകളും, സിലിക്കണിന് ചുവന്ന നിറം നൽകുന്നു. ചെറിയ ശൃംഖലകൾക്ക് ഇലക്ട്രോണുകളിൽ നിന്ന് വലിയ ജമ്പ് ആവശ്യമാണ്, അതിനാൽ അവ സ്പെക്ട്രത്തിൻ്റെ നീല അറ്റത്തേക്ക് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നു.

ശൃംഖലയുടെ നീളവും പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യലും ഉദ്വമനവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം തെളിയിക്കാൻ, ഗവേഷകർ വ്യത്യസ്ത ചെയിൻ ദൈർഘ്യമുള്ള കോപോളിമറുകൾ വേർതിരിച്ച് ടെസ്റ്റ് ട്യൂബുകളിൽ നീളത്തിൽ നിന്ന് ചെറുതായി ക്രമീകരിച്ചു. ട്യൂബുകളിൽ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശം പ്രകാശിപ്പിക്കുന്നത് ഒരു പൂർണ്ണ മഴവില്ല് സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഓരോന്നും വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജങ്ങളിൽ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു.

കോപോളിമർ ചെയിൻ ദൈർഘ്യത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വർണ്ണാഭമായ ശ്രേണി പ്രത്യേകിച്ചും സവിശേഷമാണ്, കാരണം ഈ സമയം വരെ, സിലിക്കണുകൾ സുതാര്യമോ വെള്ളയോ ആണെന്ന് മാത്രമേ അറിയപ്പെട്ടിട്ടുള്ളൂ, കാരണം അവയുടെ ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഗുണങ്ങൾ അവയെ കൂടുതൽ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല.

"വൈദ്യുതപരമായി നിഷ്ക്രിയമെന്ന് എല്ലാവരും കരുതുന്ന ഒരു മെറ്റീരിയലാണ് ഞങ്ങൾ എടുക്കുന്നത്, അതിന്-അടുത്ത തലമുറയിലെ മൃദുവും വഴക്കമുള്ളതുമായ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിന് കരുത്ത് പകരാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പുതിയ ജീവിതം നൽകുകയാണ് ഞങ്ങൾ ചെയ്യുന്നത്," U-മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ആൻഡ് എഞ്ചിനീയറിംഗിലെ എം ഡോക്ടറൽ വിദ്യാർത്ഥിയും പഠനത്തിൻ്റെ പ്രധാന രചയിതാവുമായ Zijing (Jackie) Zhang പറഞ്ഞു.