העבר וההווה של חומרי סיליקון

בכל הנוגע לחומרים מתקדמים, סיליקון הוא ללא ספק נושא חם. סיליקון הוא סוג של חומר פולימרי המכיל סיליקון, פחמן, מימן וחמצן. הוא שונה באופן משמעותי מחומרי סיליקון אנאורגניים ומציג ביצועים מצוינים בתחומים רבים. בואו נסתכל לעומק 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 פולימרי המורכב מסיליקון ופחמן, מימן, חמצן ויסודות אחרים, בעוד שסיליקון אנאורגני מתייחס בעיקר לתרכובות אנאורגניות הנוצרות על ידי סיליקון וחמצן, כגון דו תחמוצת הסיליקון (SiO2). המבנה המבוסס על פחמן של סיליקון מעניק לו גמישות וגמישות, מה שהופך אותו לגמיש יותר ביישום. בשל מאפייני המבנה המולקולרי של סיליקון, כלומר, אנרגיית הקשר של קשר Si-O (444J/mol) גבוהה מזו של קשר CC (339J/mol), לחומרי סיליקון יש עמידות בחום גבוהה יותר מאשר תרכובות פולימר אורגניות כלליות.

גילוי של 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 עשו התקדמות רבה בעשורים האחרונים, תוך קידום חדשנות ופיתוח מתמשכים של חומר זה.

סיליקונים נפוצים:

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

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

שמן סיליקון: שמן סיליקון הוא תרכובת סיליקון ליניארית עם מתח פנים נמוך ועמידות טובה בטמפרטורה גבוהה. בשימוש נפוץ בחומרי סיכה, מוצרי טיפוח לעור, מכשור רפואי ותחומים אחרים.

שרף סיליקון: שרף סיליקון הוא חומר פולימרי המורכב מקבוצות חומצה סיליקית עם עמידות מצוינת בחום ותכונות בידוד חשמלי. הוא נמצא בשימוש נרחב בציפויים, דבקים, אריזה אלקטרונית וכו '.

גומי סיליקון: גומי סיליקון הוא חומר סיליקון דמוי גומי בעל עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני מזג אוויר, בידוד חשמלי ותכונות נוספות. הוא נמצא בשימוש נרחב בטבעות איטום, שרוולי מגן לכבלים ותחומים אחרים.

דוגמאות אלה מראות את המגוון של סיליקונים. הם ממלאים תפקיד חשוב בתחומים שונים ויש להם מגוון רחב של יישומים מהתעשייה ועד לחיי היומיום. זה גם משקף 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 אורגנוסילוקסן על פני תרכובות שרשרת פחמן רגילות:

עמידות בטמפרטורה גבוהה: לאורגנוסילוקסן יש עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה. המבנה של קשרי סיליקון-חמצן הופך את האורגניזילוקסנים ליציבים בטמפרטורות גבוהות ולא קל לפירוק, מה שמספק יתרונות ליישומה בסביבות טמפרטורות גבוהות. לעומת זאת, תרכובות שרשרת פחמן נפוצות רבות עלולות להתפרק או לאבד ביצועים בטמפרטורות גבוהות.

מתח משטח נמוך: אורגנוסילוקסן מפגין מתח משטח נמוך, מה שהופך אותו לבעל יכולת הרטבה וסיכה טובים. תכונה זו מייצרת שימוש נרחב בשמן סיליקון (סוג של אורגנוסילוקסן) בחומרי סיכה, מוצרי טיפוח ומכשירים רפואיים.

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

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

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

יציבות כימית: Organosiloxanes מפגינים יציבות כימית גבוהה ועמידות בפני קורוזיה טובה לכימיקלים רבים. זה מאפשר להרחיב את היישום שלו בתעשייה הכימית, כמו למשל להכנת מכלי כימיקלים, צינורות וחומרי איטום.

בסך הכל, לאורגנוסילוקסאנים יש תכונות מגוונות יותר מתרכובות שרשרת פחמן רגילות, מה שמאפשר להם למלא תפקיד חשוב בתחומים רבים כמו שימון, איטום, רפואה ואלקטרוניקה.

שיטת הכנה של מונומרים אורגנוסיליקון

שיטה ישירה: סנתז חומרים אורגניים סיליקון על ידי תגובה ישירה של סיליקון עם תרכובות אורגניות.

שיטה עקיפה: הכנת סיליקון אורגנו באמצעות פיצוח, פילמור ותגובות אחרות של תרכובות סיליקון.

שיטת פילמור הידרוליזה: הכנת סיליקון אורגנו על ידי פילמור הידרוליזה של סילאנול או אלכוהול סילאן.

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

מגמת שוק אורגנוסיליקון

עלייה בביקוש בתחומי ההייטק: עם ההתפתחות המהירה של תעשיות ההייטק, הביקוש לאורגנוסיליקון בעל תכונות מצוינות כמו עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה ובידוד חשמלי עולה.

התרחבות שוק המכשור הרפואי: היישום של סיליקון בייצור מכשור רפואי ממשיך להתרחב, ובשילוב עם תאימות ביולוגית, הוא מביא אפשרויות חדשות לתחום המכשור הרפואי.

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, מחקר על חומרי סיליקון מתכלים יהפוך לכיוון פיתוח חשוב.

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

ירוקת שיטות ההכנה: לשיטות ההכנה של סיליקון, תוקדש תשומת לב רבה יותר למסלולים טכניים ירוקים וידידותיים לסביבה בעתיד כדי להפחית את ההשפעה על הסביבה.