一种突破性的导电彩色有机硅材料可通过结合导电填料与电致变色聚合物实现多色调控。例如，采用石墨纳米片（42 wt.%）或石墨烯/炭黑混合物（30 wt.%总负载量）填充PDMS基体，可获得电阻率低至10

"这种材料为新型平板显示器、柔性光伏组件、可穿戴传感器甚至能显示不同图案或图像的智能服装创造了可能性，"密歇根大学材料科学与工程及高分子科学与工程教授、本研究通讯作者Richard Laine表示。该研究成果已发表于《高分子快讯》期刊。

硅油和硅橡胶——聚硅氧烷和倍半硅氧烷——传统上是绝缘材料，具有抵御电流或热量传导的特性。其防水特性使其广泛应用于生物医疗设备、密封剂、电子涂层等领域。

传统半导体材料通常呈现刚性特征。而半导体硅材料不仅能实现Laine描述的柔性电子器件，还能制备出多色系的硅基材料。

分子层面上，硅材料由交替排列的硅氧原子骨架（Si-O-Si）构成，硅原子上连接着有机基团（碳基基团）。聚合物链通过交联形成不同的三维结构，这种交联作用会改变材料的物理特性，如强度和溶解性。

在研究硅材料的不同交联结构时，研究团队意外发现共聚物的导电潜力。这类聚合物链含有两种重复单元——笼型结构和线性结构的硅氧烷单元。

导电性源于电子在具有轨道重叠的Si-O-Si键之间的迁移能力。半导体材料存在两种主要状态：不导电的基态与可导电的激发态。当部分电子跃迁至相邻轨道并形成类似金属的连续导电通道时，材料即进入导电的激发态。

通常情况下，Si-O-Si键角110°的弯曲结构无法形成导电通路，与直线型的180°相距甚远。但在团队发现的这种共聚物中，基态时的键角已达140°——进入激发态时会进一步拉伸至150°。这种结构为电荷流动搭建了高速公路。

"这种共聚物实现了跨越多重键（包括Si-O-Si键）的电子非经典相互作用，"Laine解释道，"链长增加时，电子可跨越更远距离，降低了光吸收所需能量并能在更低能量下释放光线。"

硅氧烷共聚物的半导体特性还赋予其多彩外观。电子通过吸收和发射光子（光粒子）在基态与激发态间跃迁。光发射特性取决于可控的共聚物链长：较长链段对应较小能级跃迁，释放低能光子呈现红色光；较短链段需要更大电子跃迁，发射高能光线偏向光谱蓝端。

为验证链长与光吸收/发射的关系，研究人员将不同链长的共聚物分离后按长到短顺序排列在试管中。紫外光照射下，各试管因吸收/发射不同能量光线而形成完整彩虹光谱。

这种基于链长的色彩阵列具有独特价值——传统硅材料因绝缘特性无法有效吸光，仅呈现透明或白色外观。

"我们让这个被普遍认为电惰性的材料焕发新生——它将驱动下一代柔性软电子器件的发展，"论文第一作者、密歇根大学材料科学与工程博士生张子敬（Jackie）表示。

本研究获得美国国家科学基金会（2103628）和泰国国家科学、研究与创新基金通过人力资源与机构发展、研究与创新计划管理单位（B16F640099）资助。