وقتی صحبت از مواد پیشرفته میشود، سیلیکون بدون شک موضوع داغی است. سیلیکون نوعی ماده پلیمری است که حاوی سیلیکون، کربن، هیدروژن و اکسیژن است. این ماده با مواد سیلیکونی معدنی تفاوت قابل توجهی دارد و در بسیاری از زمینهها عملکرد بسیار خوبی از خود نشان میدهد. بیایید نگاهی عمیقتر به ویژگیها، فرآیند کشف و جهت کاربرد سیلیکون بیندازیم.
تفاوتهای سیلیکون و سیلیکون معدنی:
اول، تفاوتهای آشکاری در ساختار شیمیایی بین سیلیکون و سیلیکون معدنی وجود دارد. سیلیکون یک ماده پلیمری است که از سیلیکون و کربن، هیدروژن، اکسیژن و سایر عناصر تشکیل شده است، در حالی که سیلیکون معدنی عمدتاً به ترکیبات معدنی تشکیل شده توسط سیلیکون و اکسیژن، مانند دی اکسید سیلیکون (SiO2) اشاره دارد. ساختار مبتنی بر کربن سیلیکون به آن خاصیت ارتجاعی و شکلپذیری میدهد و آن را در کاربرد انعطافپذیرتر میکند. با توجه به ویژگیهای ساختار مولکولی سیلیکون، یعنی انرژی پیوند Si-O (444J/mol) بالاتر از پیوند CC (339J/mol)، مواد سیلیکونی مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به ترکیبات پلیمری آلی عمومی دارند.
کشف سیلیکون:
کشف سیلیکون به اوایل قرن بیستم برمیگردد. در روزهای اولیه، دانشمندان با معرفی گروههای آلی به ترکیبات سیلیکون، سیلیکون را با موفقیت سنتز کردند. این کشف، دوران جدیدی از مواد سیلیکونی را گشود و پایه و اساس کاربرد گسترده آن در صنعت و علم را بنا نهاد. سنتز و بهبود سیلیکون در چند دهه گذشته پیشرفتهای بزرگی داشته و نوآوری و توسعه مداوم این ماده را ارتقا داده است.
سیلیکونهای رایج:
سیلیکونها دستهای از ترکیبات پلیمری هستند که به طور گسترده در طبیعت و سنتز مصنوعی یافت میشوند و شامل اشکال و ساختارهای مختلفی میباشند. در زیر چند نمونه از سیلیکونهای رایج آمده است:
پلیدیمتیلسیلوکسان (PDMS): PDMS یک الاستومر سیلیکونی معمولی است که معمولاً در لاستیک سیلیکونی یافت میشود. این ماده انعطافپذیری عالی و پایداری دمایی بالایی دارد و به طور گسترده در تهیه محصولات لاستیکی، تجهیزات پزشکی، روانکنندهها و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.
روغن سیلیکون: روغن سیلیکون یک ترکیب سیلیکونی خطی با کشش سطحی پایین و مقاومت خوب در برابر دمای بالا است. معمولاً در روانکنندهها، محصولات مراقبت از پوست، تجهیزات پزشکی و سایر زمینهها استفاده میشود.
رزین سیلیکون: رزین سیلیکون یک ماده پلیمری متشکل از گروههای اسید سیلیسیک با مقاومت حرارتی عالی و خواص عایق الکتریکی است. این ماده به طور گسترده در پوششها، چسبها، بستهبندیهای الکترونیکی و غیره استفاده میشود.
لاستیک سیلیکون: لاستیک سیلیکون یک ماده سیلیکونی شبیه لاستیک است که دارای مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر آب و هوا، عایق الکتریکی و سایر خواص است. این ماده به طور گسترده در حلقههای آببندی، غلافهای محافظ کابل و سایر زمینهها استفاده میشود.
این مثالها تنوع سیلیکونها را نشان میدهند. آنها نقش مهمی در زمینههای مختلف ایفا میکنند و طیف وسیعی از کاربردها را از صنعت تا زندگی روزمره دارند. این همچنین نشاندهنده ویژگیهای متنوع سیلیکونها به عنوان یک ماده با کارایی بالا است.
مزایای عملکرد
در مقایسه با ترکیبات زنجیره کربنی معمولی، ارگانوسیلوکسان (پلیدیمتیلسیلوکسان، PDMS) مزایای عملکردی منحصر به فردی دارد که باعث میشود در بسیاری از کاربردها عملکرد بسیار خوبی از خود نشان دهد. در زیر برخی از مزایای عملکردی ارگانوسیلوکسان نسبت به ترکیبات زنجیره کربنی معمولی آمده است:
مقاومت در برابر دمای بالا: ارگانوسیلوکسان مقاومت بسیار خوبی در برابر دمای بالا دارد. ساختار پیوندهای سیلیکون-اکسیژن باعث میشود ارگانوسیلوکسانها در دماهای بالا پایدار باشند و به راحتی تجزیه نشوند، که این امر مزایایی را برای کاربرد آن در محیطهای با دمای بالا فراهم میکند. در مقابل، بسیاری از ترکیبات زنجیره کربنی رایج ممکن است در دماهای بالا تجزیه شوند یا عملکرد خود را از دست بدهند.
کشش سطحی پایین: ارگانوسیلوکسان کشش سطحی پایینی از خود نشان میدهد که باعث میشود قابلیت خیس شدن و روانکاری خوبی داشته باشد. این ویژگی باعث میشود روغن سیلیکون (نوعی ارگانوسیلوکسان) به طور گسترده در روانکنندهها، محصولات مراقبت از پوست و تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.
انعطافپذیری و خاصیت ارتجاعی: ساختار مولکولی ارگانوسیلوکسان به آن انعطافپذیری و خاصیت ارتجاعی خوبی میدهد و آن را به گزینهای ایدهآل برای تهیه لاستیک و مواد الاستیک تبدیل میکند. این امر باعث میشود لاستیک سیلیکونی در تهیه حلقههای آببندی، اجزای الاستیک و غیره عملکرد خوبی داشته باشد.
عایق الکتریکی: ارگانوسیلوکسان خواص عایق الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان میدهد، که باعث میشود در زمینه الکترونیک کاربرد گستردهای داشته باشد. رزین سیلیکون (شکلی از سیلوکسان) اغلب در مواد بستهبندی الکترونیکی برای ایجاد عایق الکتریکی و محافظت از قطعات الکترونیکی استفاده میشود.
زیست سازگاری: ارگانوسیلوکسان سازگاری بالایی با بافتهای بیولوژیکی دارد و بنابراین به طور گسترده در دستگاههای پزشکی و زمینههای زیستپزشکی مورد استفاده قرار میگیرد. به عنوان مثال، لاستیک سیلیکون اغلب برای تهیه سیلیکون پزشکی برای اندامهای مصنوعی، کاتترهای پزشکی و غیره استفاده میشود.
پایداری شیمیایی: ارگانوسیلوکسانها پایداری شیمیایی بالا و مقاومت خوردگی خوبی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی از خود نشان میدهند. این امر امکان گسترش کاربرد آنها را در صنایع شیمیایی، مانند تهیه مخازن شیمیایی، لولهها و مواد آببندی، فراهم میکند.
به طور کلی، ارگانوسیلوکسانها خواص متنوعتری نسبت به ترکیبات زنجیره کربنی معمولی دارند که آنها را قادر میسازد نقش مهمی در بسیاری از زمینهها مانند روانکاری، آببندی، پزشکی و الکترونیک ایفا کنند.
روش تهیه مونومرهای ارگانوسیلیکون
روش مستقیم: سنتز مواد ارگانوسیلیکون با واکنش مستقیم سیلیکون با ترکیبات آلی.
روش غیرمستقیم: تهیه ارگانوسیلیکون از طریق کراکینگ، پلیمریزاسیون و سایر واکنشهای ترکیبات سیلیکون.
روش پلیمریزاسیون هیدرولیز: ارگانوسیلیکون را با پلیمریزاسیون هیدرولیز سیلانول یا الکل سیلان تهیه کنید.
روش کوپلیمریزاسیون گرادیانی: سنتز مواد ارگانوسیلیکون با خواص ویژه از طریق کوپلیمریزاسیون گرادیانی.
روند بازار ارگانوسیلیکون
افزایش تقاضا در حوزه های فناوری پیشرفته: با توسعه سریع صنایع با فناوری پیشرفته، تقاضا برای ارگانوسیلیکون با خواص عالی مانند مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و عایق الکتریکی رو به افزایش است.
گسترش بازار تجهیزات پزشکی: کاربرد سیلیکون در تولید تجهیزات پزشکی همچنان در حال گسترش است و همراه با زیست سازگاری، امکانات جدیدی را در حوزه تجهیزات پزشکی به ارمغان میآورد.
توسعه پایدار: بهبود آگاهی زیستمحیطی، تحقیقات در مورد روشهای آمادهسازی سبز مواد سیلیکونی، مانند سیلیکون زیستتخریبپذیر، را برای دستیابی به توسعه پایدارتر ترویج میدهد.
کاوش در زمینههای کاربردی جدید: زمینههای کاربردی جدید، مانند الکترونیک انعطافپذیر، دستگاههای اپتوالکترونیکی و غیره، همچنان در حال ظهور هستند تا نوآوری و گسترش بازار سیلیکون را ارتقا دهند.
جهت گیری و چالش های توسعه آینده
تحقیق و توسعه سیلیکون کاربردی:در پاسخ به نیازهای صنایع مختلف، سیلیکون در آینده توجه بیشتری به توسعه عملکرد، مانند پوششهای سیلیکونی کاربردی، از جمله خواص ویژه مانند خواص ضد باکتری و رسانایی، خواهد داشت.
تحقیق در مورد سیلیکون زیست تخریب پذیر:با بهبود آگاهیهای زیستمحیطی، تحقیق در مورد مواد سیلیکونی زیستتخریبپذیر به یک جهت توسعه مهم تبدیل خواهد شد.
کاربرد نانو سیلیکونبا استفاده از فناوری نانو، تحقیق در مورد تهیه و کاربرد نانو سیلیکون برای گسترش کاربرد آن در زمینههای فناوری پیشرفته.
سبزسازی روشهای آمادهسازی: برای روشهای آمادهسازی سیلیکون، در آینده توجه بیشتری به مسیرهای فنی سبز و سازگار با محیط زیست خواهد شد تا تأثیر بر محیط زیست کاهش یابد.
زمان ارسال: ۱۵ ژوئیه ۲۰۲۴
