MADRID 27 maio (EUROPA PRESS) -
Uma variante recém-descoberta do silício é um semicondutor, uma descoberta que refuta a ideia de que esse tipo de material é exclusivamente um isolante.
"Esse material abre as portas para novos tipos de telas planas, sistemas fotovoltaicos flexíveis, sensores vestíveis ou até mesmo roupas que podem exibir diferentes padrões ou imagens", disse Richard Laine, professor de ciência e engenharia de materiais e ciência e engenharia macromolecular da Universidade de Michigan e autor correspondente do estudo publicado recentemente na Macromolecular Rapid Communications.
Os óleos e borrachas de silicone (polissiloxanos e silsesquioxanos) são materiais tradicionalmente isolantes, o que significa que resistem ao fluxo de eletricidade ou calor. Sua resistência à água os torna úteis em dispositivos biomédicos, selantes, revestimentos eletrônicos e muito mais.
Os semicondutores convencionais, por outro lado, tendem a ser rígidos. O silício semicondutor tem o potencial de possibilitar a eletrônica flexível descrita por Laine, bem como o silício disponível em diversas cores.
Em nível molecular, os silicones são compostos por uma estrutura principal de átomos alternados de silício e oxigênio (Si-O-Si) com grupos orgânicos (carbono) ligados ao silício. Várias formações tridimensionais de cadeias de polímeros surgem quando elas são conectadas umas às outras, o que é conhecido como reticulação, o que altera as propriedades físicas do material, como resistência ou solubilidade.
Ao estudar diferentes estruturas de ligação cruzada no silício, a equipe de pesquisa descobriu o potencial de condutividade elétrica em um copolímero, que é uma cadeia de polímero que contém dois tipos diferentes de unidades repetitivas: silicones com estrutura de gaiola e silicones lineares, nesse caso.
A possibilidade de condutividade decorre da maneira como os elétrons podem se mover por meio de ligações Si-O-Si com orbitais sobrepostos. Os semicondutores têm dois estados principais: o estado fundamental, que não conduz eletricidade, e o estado condutor, que conduz. O estado condutor, também conhecido como estado excitado, ocorre quando alguns elétrons saltam para o próximo orbital de elétrons, que está conectado através do material como um metal.
Normalmente, os ângulos de ligação Si-O-Si não permitem essa conexão. A 110°, eles estão longe de uma linha reta de 180°. Mas no copolímero de silício que a equipe descobriu, essas ligações começam em 140° no estado fundamental e se estendem até 150° no estado excitado. Isso foi suficiente para criar um caminho para o fluxo da carga elétrica.
"Isso permite uma interação inesperada entre os elétrons por meio de várias ligações, incluindo as ligações Si-O-Si nesses copolímeros", explicou Laine em um comunicado. "Quanto maior o comprimento da cadeia, mais fácil é para os elétrons percorrerem distâncias maiores, o que reduz a energia necessária para absorver a luz e depois emiti-la em energias mais baixas."
ESPECTRO DE CORES
As propriedades semicondutoras dos copolímeros de silício também possibilitam seu espectro de cores. Os elétrons saltam entre os estados fundamental e excitado, absorvendo e emitindo fótons, ou partículas de luz. A emissão de luz depende do comprimento da cadeia do copolímero, que a equipe de Laine pode controlar. Cadeias mais longas envolvem saltos menores e fótons de energia mais baixa, dando ao silicone uma tonalidade avermelhada. As cadeias mais curtas requerem saltos de elétrons maiores e, portanto, emitem luz de energia mais alta em direção à extremidade azul do espectro.
Para demonstrar a conexão entre o comprimento da cadeia e a absorção e emissão de luz, os pesquisadores separaram copolímeros com diferentes comprimentos de cadeia e os colocaram em tubos de ensaio, do mais longo ao mais curto. Ao incidir luz ultravioleta nos tubos, cria-se um arco-íris completo, pois cada um absorve e emite luz em energias diferentes.
Esse arranjo colorido, baseado no comprimento da cadeia do copolímero, é particularmente exclusivo, pois, até agora, os silicones só eram conhecidos por serem transparentes ou brancos devido às suas propriedades isolantes, que os impediam de absorver muita luz.
"Estamos pegando um material que todos pensavam ser eletricamente inerte e dando a ele uma nova vida: um material que poderia alimentar a próxima geração de eletrônicos macios e flexíveis", disse Zijing (Jackie) Zhang, estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais e principal autora do estudo.
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