科学家让绝缘硅变身半导体 柔性电子或迎来革命

美国密歇根大学的研究团队取得了一项突破性进展，首次发现一种新型硅材料能够表现出半导体特性。这一发现颠覆了硅材料仅能作为绝缘体的传统认知，为柔性电子设备的发展开辟了新途径。

装有新型有机硅共聚物的试管按链长从长到短排列，直观地展现了新型半导体有机硅中带隙的变化。用紫外线照射，可以形成一道烧杯彩虹，因为较长的链长会向电磁波谱的红端移动，从而减少吸收和发射低能量光所需的能量。图片来源：Zijing (Jackie) Zhang。

硅油和硅橡胶（如聚硅氧烷和倍半硅氧烷）等硅材料因其优异的绝缘性和防水性，长期被用于生物医学设备、密封剂等领域。从分子层面来看，硅材料由硅氧原子交替排列的主链（Si-O-Si）构成，并通过交联形成不同三维结构。研究团队在研究硅材料的交联方式时，意外发现一种特殊共聚物具有导电潜力。该材料由笼状结构和线性硅氧烷交替组成，其Si-O-Si键角在基态为140°，激发态可拉伸至150°，从而形成电子传输通道，实现半导体特性。

此外，这种材料的发光颜色可通过调控聚合物链长度实现。长链结构发射红光，短链结构发射蓝光。研究人员通过实验验证了这一现象：将不同链长的共聚物置于试管中并用紫外光照射，观察到了完整的彩虹色带。这一特性在传统硅材料中从未出现，因为绝缘硅通常为透明或白色。

该研究不仅拓展了硅材料的应用范围，还为下一代柔性电子设备提供了新的材料选择。传统半导体通常为刚性材料，而新型半导体硅材料兼具柔性和可调控的光学特性，有望应用于柔性显示屏、可穿戴传感器甚至智能服装。相关成果已发表于《高分子快速通讯》（Macromolecular Rapid Communications）。