Când vine vorba de materiale avansate, siliconul este, fără îndoială, un subiect fierbinte. Siliconul este un tip de material polimeric care conține siliciu, carbon, hidrogen și oxigen. Este semnificativ diferit de materialele anorganice pe bază de siliciu și prezintă performanțe excelente în multe domenii. Să aruncăm o privire mai atentă asupra caracteristicilor, procesului de descoperire și direcției de aplicare a siliconului.
Diferențe între silicon și siliciu anorganic:
În primul rând, există diferențe evidente în structura chimică dintre silicon și siliciul anorganic. Siliconul este un material polimeric compus din siliciu și carbon, hidrogen, oxigen și alte elemente, în timp ce siliciul anorganic se referă în principal la compuși anorganici formați din siliciu și oxigen, cum ar fi dioxidul de siliciu (SiO2). Structura pe bază de carbon a siliconului îi conferă elasticitate și plasticitate, ceea ce îl face mai flexibil în aplicare. Datorită caracteristicilor structurii moleculare a siliconului, adică energia de legătură a legăturii Si-O (444J/mol) este mai mare decât cea a legăturii CC (339J/mol), materialele siliconice au o rezistență termică mai mare decât compușii polimerici organici generali.
Descoperirea siliconului:
Descoperirea siliconului poate fi urmărită până la începutul secolului al XX-lea. La început, oamenii de știință au sintetizat cu succes siliconul prin introducerea grupărilor organice în compușii de siliciu. Această descoperire a deschis o nouă eră a materialelor siliconice și a pus bazele unei aplicații largi în industrie și știință. Sinteza și îmbunătățirea siliconului au înregistrat progrese semnificative în ultimele decenii, promovând inovația și dezvoltarea continuă a acestui material.
Siliconi obișnuiți:
Siliconii sunt o clasă de compuși polimerici întâlniți pe scară largă în natură și în sinteză artificială, incluzând diverse forme și structuri. Următoarele sunt câteva exemple de siliconi comuni:
Polidimetilsiloxan (PDMS): PDMS este un elastomer siliconic tipic, întâlnit frecvent în cauciucul siliconic. Are o flexibilitate excelentă și o stabilitate la temperaturi ridicate și este utilizat pe scară largă în prepararea produselor din cauciuc, a dispozitivelor medicale, a lubrifianților etc.
Ulei siliconic: Uleiul siliconic este un compus siliconic liniar cu tensiune superficială scăzută și rezistență bună la temperaturi ridicate. Este utilizat în mod obișnuit în lubrifianți, produse de îngrijire a pielii, dispozitive medicale și alte domenii.
Rășină siliconică: Rășina siliconică este un material polimeric compus din grupări de acid silicic cu rezistență excelentă la căldură și proprietăți de izolare electrică. Este utilizată pe scară largă în acoperiri, adezivi, ambalaje electronice etc.
Cauciuc siliconic: Cauciucul siliconic este un material siliconic asemănător cauciucului, cu rezistență ridicată la temperaturi și intemperii, izolație electrică și alte proprietăți. Este utilizat pe scară largă în inele de etanșare, manșoane de protecție pentru cabluri și alte domenii.
Aceste exemple arată diversitatea siliconilor. Aceștia joacă un rol important în diferite domenii și au o gamă largă de aplicații, de la industrie la viața de zi cu zi. Acest lucru reflectă, de asemenea, caracteristicile diversificate ale siliconilor ca material de înaltă performanță.
Avantaje de performanță
Comparativ cu compușii obișnuiți cu lanț de carbon, organosiloxanul (polidimetilsiloxan, PDMS) are unele avantaje unice de performanță, ceea ce îl face să demonstreze performanțe excelente în multe aplicații. Următoarele sunt câteva avantaje de performanță ale organosiloxanului față de compușii obișnuiți cu lanț de carbon:
Rezistență la temperaturi ridicate: Organosiloxanul are o rezistență excelentă la temperaturi ridicate. Structura legăturilor siliciu-oxigen face ca organosiloxanii să fie stabili la temperaturi ridicate și să nu se descompună ușor, ceea ce oferă avantaje pentru aplicarea lor în medii cu temperaturi ridicate. În schimb, mulți compuși comuni ai lanțurilor de carbon se pot descompune sau își pot pierde performanța la temperaturi ridicate.
Tensiune superficială scăzută: Organosiloxanul prezintă o tensiune superficială scăzută, ceea ce îi conferă o umectabilitate și o lubrifiere bune. Această proprietate face ca uleiul de silicon (o formă de organosiloxan) să fie utilizat pe scară largă în lubrifianți, produse de îngrijire a pielii și dispozitive medicale.
Flexibilitate și elasticitate: Structura moleculară a organosiloxanului îi conferă o bună flexibilitate și elasticitate, ceea ce îl face o alegere ideală pentru prepararea cauciucului și a materialelor elastice. Acest lucru face ca cauciucul siliconic să aibă performanțe bune în prepararea inelelor de etanșare, a componentelor elastice etc.
Izolație electrică: Organosiloxanul prezintă proprietăți excelente de izolare electrică, ceea ce îl face utilizat pe scară largă în domeniul electronicii. Rășina siliconică (o formă de siloxan) este adesea utilizată în materialele de ambalare electronică pentru a asigura izolație electrică și a proteja componentele electronice.
Biocompatibilitate: Organosiloxanul are o compatibilitate ridicată cu țesuturile biologice și, prin urmare, este utilizat pe scară largă în dispozitivele medicale și în domeniile biomedicale. De exemplu, cauciucul siliconic este adesea utilizat pentru a prepara silicon medical pentru organe artificiale, catetere medicale etc.
Stabilitate chimică: Organosiloxanii prezintă o stabilitate chimică ridicată și o bună rezistență la coroziune față de numeroase substanțe chimice. Acest lucru permite extinderea aplicării lor în industria chimică, cum ar fi pentru prepararea rezervoarelor chimice, a țevilor și a materialelor de etanșare.
În general, organosiloxanii au proprietăți mai diverse decât compușii obișnuiți cu lanț de carbon, ceea ce le permite să joace un rol important în multe domenii, cum ar fi lubrifierea, etanșarea, medicina și electronica.
Metoda de preparare a monomerilor organosilicici
Metodă directă: Sinteza materialelor organosilicice prin reacția directă a siliciului cu compuși organici.
Metoda indirectă: Prepararea organosiliciului prin cracare, polimerizare și alte reacții ale compușilor de siliciu.
Metoda de polimerizare prin hidroliză: Prepararea organosiliciului prin polimerizarea prin hidroliză a silanolului sau alcoolului silanic.
Metoda de copolimerizare în gradient: Sinteza materialelor organosilicice cu proprietăți specifice prin copolimerizare în gradient.
Tendința pieței organosiliconului
Creșterea cererii în domeniile de înaltă tehnologie: Odată cu dezvoltarea rapidă a industriilor de înaltă tehnologie, cererea de organosiliciu cu proprietăți excelente, cum ar fi rezistența la temperaturi ridicate, rezistența la coroziune și izolația electrică, este în creștere.
Extinderea pieței dispozitivelor medicale: Aplicarea siliconului în fabricarea dispozitivelor medicale continuă să se extindă și, combinată cu biocompatibilitatea, aduce noi posibilități în domeniul dispozitivelor medicale.
Dezvoltare durabilă: Îmbunătățirea conștientizării mediului promovează cercetarea metodelor ecologice de preparare a materialelor siliconice, cum ar fi siliconul biodegradabil, pentru a obține o dezvoltare mai durabilă.
Explorarea de noi domenii de aplicare: Noi domenii de aplicare continuă să apară, cum ar fi electronica flexibilă, dispozitivele optoelectronice etc., pentru a promova inovația și extinderea pieței siliconului.
Direcția și provocările dezvoltării viitoare
Cercetare și dezvoltare a siliconului funcțional:Ca răspuns la nevoile diferitelor industrii, siliconul va acorda mai multă atenție dezvoltării funcționalității în viitor, cum ar fi acoperirile funcționale din silicon, inclusiv proprietăți speciale, cum ar fi proprietățile antibacteriene și conductive.
Cercetări privind siliconul biodegradabil:Odată cu îmbunătățirea conștientizării mediului, cercetarea materialelor siliconice biodegradabile va deveni o direcție importantă de dezvoltare.
Aplicarea nanosiliconuluiFolosind nanotehnologia, cercetare privind prepararea și aplicarea nanosiliconului pentru a extinde aplicarea acestuia în domenii de înaltă tehnologie.
Ecologizarea metodelor de prepararePentru metodele de preparare a siliconului, în viitor se va acorda mai multă atenție rutelor tehnice ecologice și ecologice pentru a reduce impactul asupra mediului.
Data publicării: 15 iulie 2024
