گذشته و حال مواد سیلیکونی

وقتی صحبت از مواد پیشرفته به میان می آید، بدون شک سیلیکون یک موضوع داغ است. سیلیکون نوعی ماده پلیمری حاوی سیلیکون، کربن، هیدروژن و اکسیژن است. این به طور قابل توجهی با مواد سیلیکونی معدنی متفاوت است و عملکرد عالی در بسیاری از زمینه ها از خود نشان می دهد. بیایید نگاهی عمیق‌تر به ویژگی‌ها، فرآیند کشف و جهت کاربرد سیلیکون بیندازیم.

تفاوت بین سیلیکون و سیلیکون معدنی:

اول، تفاوت های 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 انعطاف پذیری می بخشد و در کاربرد انعطاف پذیرتر می شود. با توجه به خصوصیات ساختار مولکولی سیلیکون، یعنی انرژی پیوند Si-O (444J/mol) بالاتر از پیوند CC (339J/mol) است، مواد سیلیکونی مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به ترکیبات پلیمری آلی عمومی دارند.

کشف سیلیکون:

کشف سیلیکون را می توان به اوایل قرن بیستم ردیابی کرد. در روزهای اولیه، دانشمندان با وارد کردن گروه های آلی به ترکیبات سیلیکونی، سیلیکون را با موفقیت سنتز کردند. این کشف عصر جدیدی از مواد سیلیکونی را گشود و پایه و اساس کاربرد گسترده آن را در صنعت و علم گذاشت. سنتز و بهبود سیلیکون در چند دهه گذشته پیشرفت زیادی داشته است و باعث نوآوری و توسعه مداوم این ماده شده است.

سیلیکون های رایج:

سیلیکون ها دسته ای از ترکیبات پلیمری هستند که به طور گسترده در طبیعت و سنتز مصنوعی یافت می شوند، از جمله اشکال و ساختارهای مختلف. در زیر چند نمونه از سیلیکون های رایج آورده شده است:

پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS): PDMS یک الاستومر سیلیکونی معمولی است که معمولاً در لاستیک سیلیکونی یافت می شود. دارای انعطاف پذیری عالی و پایداری در دمای بالا است و به طور گسترده در تهیه محصولات لاستیکی، تجهیزات پزشکی، روان کننده ها و غیره استفاده می شود.

روغن سیلیکون: روغن سیلیکون یک ترکیب سیلیکونی خطی با کشش سطحی کم و مقاومت خوب در دمای بالا است. معمولا در روان کننده ها، محصولات مراقبت از پوست، دستگاه های پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شود.

رزین سیلیکون: رزین سیلیکون یک ماده پلیمری متشکل از گروه های اسید سیلیسیک با مقاومت حرارتی عالی و خواص عایق الکتریکی است. به طور گسترده ای در پوشش ها، چسب ها، بسته بندی های الکترونیکی و غیره استفاده می شود.

لاستیک سیلیکونی: لاستیک سیلیکونی یک ماده سیلیکونی لاستیک مانند با مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر آب و هوا، عایق الکتریکی و سایر خواص است. این به طور گسترده ای در حلقه های آب بندی، آستین های محافظ کابل و سایر زمینه ها استفاده می شود.

این نمونه ها تنوع سیلیکون ها را نشان می دهد. آنها نقش مهمی در زمینه های مختلف ایفا می کنند و کاربردهای گسترده ای از صنعت تا زندگی روزمره دارند. این همچنین نشان دهنده ویژگی های متنوع سیلیکون ها به عنوان یک ماده با کارایی بالا است.

مزایای عملکرد

در مقایسه با ترکیبات زنجیره کربنی معمولی، ارگانوسیلوکسان (Polydimethylsiloxane، PDMS) دارای مزایای عملکردی منحصر به فردی است که باعث می شود در بسیاری از کاربردها عملکرد عالی از خود نشان دهد. در زیر برخی از مزایای عملکرد ارگانوسیلوکسان نسبت به ترکیبات زنجیره کربنی معمولی آورده شده است:

مقاومت در برابر دمای بالا: ارگانوسیلوکسان دارای مقاومت عالی در دمای بالا است. ساختار پیوندهای سیلیکون-اکسیژن باعث می شود که ارگانوسیلوکسان ها در دماهای بالا پایدار باشند و به راحتی تجزیه نشوند، که مزایایی را برای کاربرد آن در محیط های با دمای بالا فراهم می کند. در مقابل، بسیاری از ترکیبات رایج زنجیره کربن ممکن است در دماهای بالا تجزیه شوند یا عملکرد خود را از دست بدهند.

کشش سطحی کم: ارگانوسیلوکسان کشش سطحی پایینی را نشان می دهد که باعث می شود ترشوندگی و روان کنندگی خوبی داشته باشد. این خاصیت باعث می شود روغن سیلیکون (شکلی از ارگانوسیلوکسان) به طور گسترده در روان کننده ها، محصولات مراقبت از پوست و دستگاه های پزشکی استفاده شود.

انعطاف پذیری و خاصیت ارتجاعی: ساختار مولکولی ارگانوسیلوکسان به آن انعطاف پذیری و خاصیت ارتجاعی خوبی می دهد و آن را به گزینه ای ایده آل برای تهیه لاستیک و مواد الاستیک تبدیل می کند. این باعث می شود که لاستیک سیلیکونی در تهیه حلقه های آب بندی، اجزای الاستیک و غیره عملکرد خوبی داشته باشد.

عایق الکتریکی: ارگانوسیلوکسان خواص عایق الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان می دهد که باعث می شود به طور گسترده در زمینه الکترونیک مورد استفاده قرار گیرد. رزین سیلیکون (شکل سیلوکسان) اغلب در مواد بسته بندی الکترونیکی برای تامین عایق الکتریکی و محافظت از قطعات الکترونیکی استفاده می شود.

سازگاری زیستی: ارگانوسیلوکسان سازگاری بالایی با بافت های بیولوژیکی دارد و به همین دلیل به طور گسترده در تجهیزات پزشکی و زمینه های زیست پزشکی استفاده می شود. به عنوان مثال، لاستیک سیلیکونی اغلب برای تهیه سیلیکون پزشکی برای اندام های مصنوعی، کاتترهای پزشکی و غیره استفاده می شود.

پایداری شیمیایی: ارگانوسیلوکسان ها پایداری شیمیایی بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوبی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی از خود نشان می دهند. این اجازه می دهد تا کاربرد آن در صنایع شیمیایی مانند تهیه مخازن شیمیایی، لوله ها و مواد آب بندی گسترش یابد.

به طور کلی، ارگانوسیلوکسان ها دارای خواص متنوع تری نسبت به ترکیبات زنجیره کربنی معمولی هستند که آنها را قادر می سازد نقش مهمی در بسیاری از زمینه ها مانند روانکاری، آب بندی، پزشکی و الکترونیک ایفا کنند.

روش تهیه مونومرهای ارگانوسیلیکن

روش مستقیم: سنتز مواد آلی سیلیسی با واکنش مستقیم سیلیکون با ترکیبات آلی.

روش غیرمستقیم: از طریق ترک خوردگی، پلیمریزاسیون و سایر واکنش های ترکیبات سیلیکون، سیلیکون ارگانوسیلی تهیه می شود.

روش پلیمریزاسیون هیدرولیز: ارگانوسیلیک را با پلیمریزاسیون هیدرولیز سیلانول یا الکل سیلان تهیه کنید.

روش کوپلیمریزاسیون گرادیان: با کوپلیمریزاسیون گرادیان، مواد ارگانوسیلیکون با خواص خاص را سنتز کنید. ،

روند بازار ارگانوسیلیکن

افزایش تقاضا در زمینه های با تکنولوژی بالا: با توسعه سریع صنایع با تکنولوژی بالا، تقاضا برای ارگانوسیلیک با خواص عالی مانند مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و عایق الکتریکی در حال افزایش است.

گسترش بازار تجهیزات پزشکی: کاربرد سیلیکون در ساخت تجهیزات پزشکی همچنان در حال گسترش است و همراه با زیست سازگاری، امکانات جدیدی را در زمینه تجهیزات پزشکی به ارمغان می آورد.

توسعه پایدار: بهبود آگاهی زیست محیطی، تحقیق در مورد روش های آماده سازی سبز مواد سیلیکونی مانند سیلیکون زیست تخریب پذیر را برای دستیابی به توسعه پایدارتر ترویج می کند.

کاوش در زمینه‌های کاربردی جدید: زمینه‌های کاربردی جدید مانند الکترونیک انعطاف‌پذیر، دستگاه‌های الکترونیک نوری و غیره برای ارتقای نوآوری و گسترش بازار سیلیکون به ظهور ادامه می‌دهند.

جهت گیری و چالش های توسعه آینده

تحقیق و توسعه سیلیکون کاربردی:در پاسخ به نیاز صنایع مختلف، سیلیکون توجه بیشتری به توسعه عملکرد در آینده خواهد داشت، مانند پوشش های سیلیکونی کاربردی، از جمله خواص ویژه مانند خواص ضد باکتریایی و رسانایی.

تحقیق در مورد سیلیکون زیست تخریب پذیر:با بهبود آگاهی زیست محیطی، تحقیق بر روی مواد سیلیکونی زیست تخریب پذیر به یک جهت توسعه مهم تبدیل خواهد شد.

کاربرد نانو سیلیکون: با استفاده از فناوری نانو، تحقیق در مورد تهیه و کاربرد نانو سیلیکون برای گسترش کاربرد آن در زمینه های با تکنولوژی بالا.

سبز شدن روش های تهیه: برای روش های تهیه سیلیکون، در آینده به مسیرهای فنی سبز و دوستدار محیط زیست توجه بیشتری می شود تا تاثیرات آن بر محیط زیست کاهش یابد.