העבר וההווה של חומרי סיליקון

כשמדובר בחומרים מתקדמים, סיליקון הוא ללא ספק נושא חם. סיליקון הוא סוג של חומר פולימר המכיל סיליקון, פחמן, מימן וחמצן. זה שונה באופן משמעותי מחומרי סיליקון אורגניים ומציג ביצועים מצוינים בתחומים רבים. בואו נסתכל עמוק יותר על המאפיינים, תהליך הגילוי וכיוון היישום של סיליקון.

ההבדלים בין סיליקון לסיליקון אנאורגני:

ראשית, ישנם הבדלים ברורים במבנה הכימי בין סיליקון לסיליקון אנאורגני. סיליקון הוא חומר פולימר המורכב מסיליקון ופחמן, מימן, חמצן ואלמנטים אחרים, ואילו סיליקון אורגני מתייחס בעיקר לתרכובות אורגניות שנוצרו על ידי סיליקון וחמצן, כמו סיליקון דו -חמצני (SiO2). המבנה מבוסס הפחמן של סיליקון מעניק לו גמישות ופלסטיות, מה שהופך אותו לגמיש יותר ביישום. בשל מאפייני המבנה המולקולרי של סיליקון, כלומר, אנרגיית הקשר של קשר Si-O (444J/mol) גבוהה יותר מזו של קשר CC (339J/mol), חומרי סיליקון הם בעלי עמידות גבוהה יותר לחום מאשר תרכובות פולימריות אורגניות כלליות.

גילוי סיליקון:

ניתן לאתר את גילוי הסיליקון לתחילת המאה ה-20. בימים הראשונים, מדענים הצליחו לסנתז סיליקון על ידי הכנסת קבוצות אורגניות לתרכובות סיליקון. תגלית זו פתחה עידן חדש של חומרי סיליקון והניחה את הבסיס ליישום הרחב שלו בתעשייה ובמדע. הסינתזה והשיפור של סיליקון התקדמו מאוד בעשורים האחרונים, וקידמו את החדשנות והפיתוח הרציפים של חומר זה.

סיליקונים נפוצים:

סיליקונים הם סוג של תרכובות פולימריות שנמצאות באופן נרחב באופי ובסינתזה מלאכותית, כולל צורות ומבנים שונים. להלן כמה דוגמאות לסיליקונים נפוצים:

Polydimethylsiloxane (PDMS): PDMS הוא אלסטומר סיליקון טיפוסי, הנפוץ בגומי סיליקון. יש לו גמישות מצוינת ויציבות בטמפרטורה גבוהה, והוא נמצא בשימוש נרחב בהכנת מוצרי גומי, מכשירים רפואיים, חומרי סיכה וכו '.

שמן סיליקון: שמן סיליקון הוא תרכובת סיליקון לינארית עם מתח פני השטח הנמוך והתנגדות טובה לטמפרטורה גבוהה. משמש בדרך כלל בחומרי סיכה, מוצרי טיפוח עור, מכשירים רפואיים ושדות אחרים.

שרף סיליקון: שרף סיליקון הוא חומר פולימר המורכב מקבוצות חומצות סיליקיות עם עמידות בחום מעולה ותכונות בידוד חשמליות. הוא נמצא בשימוש נרחב בציפויים, דבקים, אריזה אלקטרונית וכו '.

גומי סיליקון: גומי סיליקון הוא חומר סיליקון דמוי גומי עם עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות למזג האוויר, בידוד חשמלי ותכונות אחרות. הוא נמצא בשימוש נרחב בטבעות איטום, שרוולי מגן לכבלים ותחומים אחרים.

דוגמאות אלה מראות את המגוון של הסיליקונים. הם ממלאים תפקיד חשוב בתחומים שונים ויש להם מגוון רחב של יישומים מתעשייה לחיי היומיום. זה משקף גם את המאפיינים המגוונים של סיליקונים כחומר בעל ביצועים גבוהים.

יתרונות ביצועים

בהשוואה לתרכובות שרשרת פחמן רגילות, לאורגנוסילוקסאן (פולידימתילסילוקסן, PDMS) יש כמה יתרונות ביצועים ייחודיים, מה שגורם לו להראות ביצועים מצוינים ביישומים רבים. להלן כמה יתרונות ביצועים של אורגוסילוקסאן על פני תרכובות שרשרת פחמן רגילה:

התנגדות לטמפרטורה גבוהה: ל- Organosiloxane יש עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה. המבנה של קשרי סיליקון-חמצן הופך את האורגנוסילוקסנים ליציבים בטמפרטורות גבוהות ולא קל להתפרק, המספק יתרונות ליישוםו בסביבות טמפרטורה גבוהה. לעומת זאת, תרכובות שרשרת פחמן נפוצות רבות עלולות להתפרק או לאבד ביצועים בטמפרטורות גבוהות.

מתח פני השטח הנמוך: אורגנוזילוקסאן מציג מתח שטח נמוך, מה שהופך אותו לרטיבות טובה ושימון. מאפיין זה מייצר שמן סיליקון (סוג של אורגנוזילוקסאן) הנמצא בשימוש נרחב בחומרי סיכה, מוצרי טיפוח עור ומכשירים רפואיים.

גמישות וגמישות: המבנה המולקולרי של אורגנוזילוקסאן מעניק לו גמישות וגמישות טובים, מה שהופך אותו לבחירה אידיאלית להכנת גומי וחומרים אלסטיים. זה גורם לגומי סיליקון להופיע היטב בהכנת טבעות איטום, רכיבים אלסטיים וכו '.

בידוד חשמלי: Organosiloxane מציג תכונות בידוד חשמלי מעולות, מה שהופך אותו לשימוש נרחב בתחום האלקטרוניקה. שרף סיליקון (צורה של סילוקסאן) משמש לרוב בחומרי אריזה אלקטרוניים כדי לספק בידוד חשמלי ולהגן על רכיבים אלקטרוניים.

תאימות ביולוגית: ל- Organosiloxane יש תאימות גבוהה לרקמות ביולוגיות ולכן היא בשימוש נרחב במכשירים רפואיים ובשדות ביו -רפואיים. לדוגמה, גומי סיליקון משמש לרוב להכנת סיליקון רפואי לאיברים מלאכותיים, צנתרים רפואיים וכו'.

יציבות כימית: אורגוסילוקסנים מציגים יציבות כימית גבוהה ועמידות בפני קורוזיה טובה לכימיקלים רבים. זה מאפשר להרחיב את היישום שלו בתעשייה הכימית, כמו למשל הכנת טנקים כימיים, צינורות וחומרי איטום.

בסך הכל, לאורגנוסילוקסנים יש תכונות מגוונות יותר מאשר תרכובות שרשרת פחמן רגילה, המאפשרות להם למלא תפקיד חשוב בתחומים רבים כמו שימון, איטום, רפואה ואלקטרוניקה.

שיטת ההכנה של מונומרים אורגנוניקון

שיטה ישירה: סינתזה חומרים אורגוסיליקון על ידי תגובה ישירה של סיליקון עם תרכובות אורגניות.

שיטה עקיפה: הכינו אורגנוזיליקון באמצעות פיצוח, פילמור ותגובות אחרות של תרכובות סיליקון.

שיטת פילמור הידרוליזה: הכינו אורגנוזיליקון על ידי פילמור הידרוליזה של אלכוהול סילנול או סילאן.

שיטת קופולימר שיפוע: סנתז חומרים אורגנוסיליקון בעלי תכונות ספציפיות על ידי קופולימריזציה שיפועית. 、

מגמת שוק אורגוסיליקון

הגדלת הביקוש בשדות היי-טק: עם התפתחות מהירה של תעשיות היי-טק, הביקוש לאורגנוסיליקון עם תכונות מצוינות כמו עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה ובידוד חשמלי גוברת.

הרחבת שוק המכשירים הרפואיים: יישום סיליקון בייצור מכשירים רפואיים ממשיך להתרחב, ובשילוב עם תאימות ביולוגית, הוא מביא אפשרויות חדשות לתחום המכשירים הרפואיים.

פיתוח בר קיימא: שיפור המודעות הסביבתית מקדם את המחקר של שיטות הכנה ירוקות של חומרי סיליקון, כגון סיליקון מתכלה, להשגת פיתוח בר קיימא יותר.

חקר תחומי יישומים חדשים: תחומי יישומים חדשים ממשיכים לצוץ, כגון אלקטרוניקה גמישה, מכשירים אופטו-אלקטרוניים וכו', לקידום חדשנות והתרחבות של שוק הסיליקון.

כיוון פיתוח עתידי ואתגרים

מחקר ופיתוח של סיליקון פונקציונלי:כמענה לצרכים של תעשיות שונות, הסיליקון ייתן תשומת לב רבה יותר לפיתוח פונקציונליות בעתיד, כמו ציפוי סיליקון פונקציונלי, לרבות תכונות מיוחדות כמו תכונות אנטיבקטריאליות ומוליכות.

מחקר על סיליקון מתכלה:עם שיפור המודעות הסביבתית, מחקרים על חומרי סיליקון מתכלים יהפכו לכיוון פיתוח חשוב.

יישום סיליקון ננו: שימוש בננוטכנולוגיה, מחקר על הכנה ויישום של ננו סיליקון להרחבת היישום שלו בתחומי ההייטק.

חריקות של שיטות הכנה: עבור שיטות ההכנה של סיליקון, תשומת לב רבה יותר תוקם בעתיד לדרכים טכניות ירוקות וידידותיות לסביבה כדי להפחית את ההשפעה על הסביבה.