Silicone semicondutor emite luz, com múltiplas aplicações

Eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/05/2025

Tubos de ensaio contendo os novos copolímeros de silicone, separados por comprimento de cadeia, da mais longa para a mais curta, mostrando visualmente a variação da banda proibida no novo silicone semicondutor. A incidência de luz UV cria um arco-íris à medida que os comprimentos de cadeia mais longos se deslocam em direção à extremidade vermelha do espectro eletromagnético.
[Imagem: Zijing Zhang]

Silicone semicondutor

Os cientistas sempre acreditaram que o silicone, um material de mil e uma utilidades, fosse sempre um isolante, nunca conduzindo cargas elétricas ou calor.

Mas essa suposição acabou de cair por terra com a sintetização de uma variante colorida do silicone que se revelou ser um material semicondutor, elevando as aplicações do material para a casa das duas mil e duas, por assim dizer.

“O material abre oportunidades para novos tipos de telas planas, fotovoltaicos flexíveis, sensores vestíveis ou até mesmo roupas que podem apresentar diferentes padrões ou imagens,” disse o professor Richard Laine, da Universidade de Michigan, nos EUA.

Óleos e borrachas de silicone – polissiloxanos e silsesquioxanos – são tradicionalmente isolantes, o que significa que eles resistem ao fluxo de eletricidade e de calor. Enquanto isso, suas propriedades de resistência à água os tornam úteis em dispositivos biomédicos, selantes, revestimentos eletrônicos e muito mais.

Já os semicondutores são tipicamente rígidos. Assim, o interessante é que o silicone semicondutor viabiliza um sem-número de aplicações em eletrônica flexível.

Silicone condutor

Em nível molecular, os silicones são compostos por uma estrutura de átomos alternados de silício e oxigênio (Si-O-Si) com grupos orgânicos (à base de carbono) ligados ao silício. As conexões dessas cadeias dão origem a várias formações tridimensionais, conhecidas como reticulações, que alteram as propriedades físicas do material.

Foi justamente estudando as diferentes estruturas de reticulação no silicone que a equipe descobriu o potencial de condutividade elétrica em um copolímero, que é uma cadeia de polímero contendo dois tipos diferentes de unidades repetitivas: Silicones com estrutura de gaiola e silicones lineares, neste caso.

A possibilidade de condutividade do silicone emergiu da maneira como os elétrons podem se mover através 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 orbital eletrônico seguinte, que está conectado através do material como um metal.

Normalmente, os ângulos de ligação Si-O-Si não permitem essa conexão – eles ficam ancorados a 110°, o que está muito longe de uma linha reta de 180°. Mas, no copolímero de silicone que a equipe descobriu, essas ligações começam em 140° no estado fundamental e se estendem até 150° no estado excitado. Isso é suficiente para criar uma estrada para o fluxo de elétrons.

Silicone que emite luz colorida

Mas tem mais: As propriedades semicondutoras dos copolímeros de silicone também possibilitam gerar um espectro de cores. Conforme os elétrons saltam entre os estados fundamental e excitado, ele absorvem e emitem fótons. Essa emissão de luz depende do comprimento físico da cadeia do copolímero, que a equipe conseguiu controlar – cadeias mais longas significam saltos menores e fótons de menor energia, conferindo ao silicone uma tonalidade avermelhada; cadeias mais curtas exigem saltos maiores dos elétrons, de modo que emitem luz de maior energia, em direção à extremidade azul do espectro.

“Quanto maior o comprimento da cadeia, mais fácil é para os elétrons percorrerem distâncias maiores, reduzindo a energia necessária para absorver luz e, em seguida, emiti-la em energias mais baixas,” explicou Laine.

A matriz colorida baseada no comprimento da cadeia do silicone é particularmente única, uma vez que, até o momento, os silicones eram conhecidos apenas por serem transparentes ou brancos, já que suas propriedades isolantes os tornavam incapazes de absorver muita luz. Com as cores, abre-se toda uma nova gama de aplicações para o bem conhecido material.

“Estamos pegando um material que todos pensavam ser eletricamente inerte e dando a ele uma nova vida, uma que poderá alimentar a próxima geração de eletrônicos macios e flexíveis,” disse o pesquisador Zijing Zhang.

Outras notícias sobre: