الماضي والحاضر لمواد السيليكون

عندما يتعلق الأمر بالمواد المتقدمة، يعد السيليكون بلا شك موضوعًا ساخنًا. السيليكون هو نوع من مادة البوليمر التي تحتوي على السيليكون والكربون والهيدروجين والأكسجين. إنه يختلف بشكل كبير عن مواد السيليكون غير العضوية ويظهر أداءً ممتازًا في العديد من المجالات. دعونا نلقي نظرة أعمق على خصائص السيليكون وعملية اكتشافه واتجاه تطبيقه.

الاختلافات بين السيليكون والسيليكون غير العضوي:

أولا، هناك اختلافات واضحة في التركيب الكيميائي بين السيليكون والسيليكون غير العضوي. السيليكون عبارة عن مادة بوليمر تتكون من السيليكون والكربون والهيدروجين والأكسجين وعناصر أخرى، بينما يشير السيليكون غير العضوي بشكل أساسي إلى المركبات غير العضوية التي تتكون من السيليكون والأكسجين، مثل ثاني أكسيد السيليكون (SiO2). يمنح الهيكل الكربوني للسيليكون المرونة واللدونة، مما يجعله أكثر مرونة في الاستخدام. نظرًا لخصائص التركيب الجزيئي للسيليكون، أي أن طاقة الرابطة لرابطة Si-O (444J/mol) أعلى من طاقة الرابطة CC (339J/mol)، فإن مواد السيليكون لديها مقاومة للحرارة أعلى من مركبات البوليمر العضوية العامة.

اكتشاف السيليكون:

يمكن إرجاع اكتشاف السيليكون إلى أوائل القرن العشرين. في الأيام الأولى، نجح العلماء في تصنيع السيليكون عن طريق إدخال المجموعات العضوية في مركبات السيليكون. فتح هذا الاكتشاف حقبة جديدة من مواد السيليكون ووضع الأساس لتطبيقها على نطاق واسع في الصناعة والعلوم. لقد حقق تصنيع السيليكون وتحسينه تقدمًا كبيرًا في العقود القليلة الماضية، مما عزز الابتكار والتطوير المستمر لهذه المادة.

السيليكون الشائع:

السيليكون هي فئة من مركبات البوليمر الموجودة على نطاق واسع في الطبيعة والتوليف الاصطناعي، بما في ذلك الأشكال والهياكل المختلفة. فيما يلي بعض الأمثلة على السيليكونات الشائعة:

بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS): PDMS عبارة عن إلاستومر سيليكون نموذجي، يوجد عادة في مطاط السيليكون. إنه يتمتع بمرونة ممتازة وثبات في درجات الحرارة العالية، ويستخدم على نطاق واسع في تحضير المنتجات المطاطية والأجهزة الطبية ومواد التشحيم وما إلى ذلك.

زيت السيليكون: زيت السيليكون عبارة عن مركب سيليكون خطي ذو توتر سطحي منخفض ومقاوم جيد لدرجات الحرارة العالية. يشيع استخدامها في مواد التشحيم ومنتجات العناية بالبشرة والأجهزة الطبية وغيرها من المجالات.

راتينج السيليكون: راتينج السيليكون عبارة عن مادة بوليمر تتكون من مجموعات حمض السيليك مع مقاومة ممتازة للحرارة وخصائص عزل كهربائي. يستخدم على نطاق واسع في الطلاءات والمواد اللاصقة والتعبئة الإلكترونية وما إلى ذلك.

مطاط السيليكون: مطاط السيليكون عبارة عن مادة سيليكون تشبه المطاط وتتميز بمقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الطقس والعزل الكهربائي وخصائص أخرى. يستخدم على نطاق واسع في حلقات الختم والأكمام الواقية للكابلات وغيرها من المجالات.

تظهر هذه الأمثلة تنوع السيليكون. إنهم يلعبون دورًا مهمًا في مجالات مختلفة ولديهم مجموعة واسعة من التطبيقات من الصناعة إلى الحياة اليومية. وهذا يعكس أيضًا الخصائص المتنوعة للسيليكون كمادة عالية الأداء.

مزايا الأداء

بالمقارنة مع مركبات سلسلة الكربون العادية، يتمتع السيلوكسان العضوي (Polydimethylsiloxane، PDMS) ببعض مزايا الأداء الفريدة، مما يجعله يظهر أداءً ممتازًا في العديد من التطبيقات. فيما يلي بعض مزايا أداء السيلوكسان العضوي مقارنة بمركبات سلسلة الكربون العادية:

مقاومة درجات الحرارة العالية: يتمتع السيلوكسان العضوي بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية. إن هيكل روابط السيليكون والأكسجين يجعل السيلوكسانات العضوية مستقرة عند درجات حرارة عالية وليس من السهل أن تتحلل، مما يوفر مزايا لتطبيقها في بيئات درجات الحرارة المرتفعة. في المقابل، قد تتحلل العديد من مركبات سلسلة الكربون الشائعة أو تفقد أدائها عند درجات الحرارة المرتفعة.

توتر سطحي منخفض: يُظهر السيلوكسان العضوي توترًا سطحيًا منخفضًا، مما يجعله يتمتع بقابلية جيدة للتبلل والتشحيم. هذه الخاصية تجعل زيت السيليكون (أحد أشكال السيلوكسان العضوي) يستخدم على نطاق واسع في مواد التشحيم ومنتجات العناية بالبشرة والأجهزة الطبية.

المرونة والمرونة: يمنح التركيب الجزيئي للسيلوكسان العضوي مرونة ومرونة جيدة، مما يجعله خيارًا مثاليًا لتحضير المطاط والمواد المرنة. وهذا يجعل مطاط السيليكون يؤدي أداءً جيدًا في تحضير حلقات الختم والمكونات المرنة وما إلى ذلك.

العزل الكهربائي: يُظهر السيلوكسان العضوي خصائص عزل كهربائي ممتازة، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات. غالبًا ما يستخدم راتنج السيليكون (أحد أشكال السيلوكسان) في مواد التغليف الإلكترونية لتوفير العزل الكهربائي وحماية المكونات الإلكترونية.

التوافق الحيوي: يتمتع السيلوكسان العضوي بتوافق عالٍ مع الأنسجة البيولوجية ولذلك يستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الطبية والمجالات الطبية الحيوية. على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم مطاط السيليكون لتحضير السيليكون الطبي للأعضاء الاصطناعية، والقسطرة الطبية، وما إلى ذلك.

الاستقرار الكيميائي: تظهر السيلوكسانات العضوية ثباتًا كيميائيًا عاليًا ومقاومة جيدة للتآكل للعديد من المواد الكيميائية. وهذا يسمح بتوسيع نطاق تطبيقه في الصناعة الكيميائية، مثل إعداد خزانات المواد الكيميائية والأنابيب ومواد الختم.

بشكل عام، تتمتع مركبات السيلوكسان العضوية بخصائص أكثر تنوعًا من مركبات سلسلة الكربون العادية، مما يمكنها من لعب دور مهم في العديد من المجالات مثل التشحيم والختم والطب والإلكترونيات.

طريقة تحضير مونومرات السيليكون العضوي

الطريقة المباشرة: تصنيع مواد السيليكون العضوي عن طريق تفاعل السيليكون مباشرة مع المركبات العضوية.

الطريقة غير المباشرة: تحضير السيليكون العضوي من خلال التكسير والبلمرة وتفاعلات أخرى لمركبات السيليكون.

طريقة بلمرة التحلل المائي: تحضير السيليكون العضوي عن طريق بلمرة التحلل المائي للسيلانول أو كحول السيلاني.

طريقة البلمرة المركبة المتدرجة: تصنيع مواد السيليكون العضوي ذات خصائص محددة عن طريق البلمرة المركبة المتدرجة. 、

اتجاه سوق السيليكون العضوي

زيادة الطلب في مجالات التكنولوجيا الفائقة: مع التطور السريع للصناعات عالية التقنية، يتزايد الطلب على السيليكون العضوي ذو الخصائص الممتازة مثل مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل والعزل الكهربائي.

التوسع في سوق الأجهزة الطبية: يستمر تطبيق السيليكون في تصنيع الأجهزة الطبية في التوسع، ومع التوافق الحيوي، فإنه يجلب إمكانيات جديدة في مجال الأجهزة الطبية.

التنمية المستدامة: إن تحسين الوعي البيئي يشجع على البحث عن طرق تحضير صديقة للبيئة لمواد السيليكون، مثل السيليكون القابل للتحلل، لتحقيق تنمية أكثر استدامة.

استكشاف مجالات التطبيق الجديدة: تستمر مجالات التطبيق الجديدة في الظهور، مثل الإلكترونيات المرنة والأجهزة الإلكترونية الضوئية وما إلى ذلك، لتعزيز الابتكار وتوسيع سوق السيليكون.

اتجاه التنمية المستقبلية والتحديات

بحث وتطوير السيليكون الوظيفي:واستجابة لاحتياجات الصناعات المختلفة، سيولي السيليكون المزيد من الاهتمام لتطوير الوظائف في المستقبل، مثل طلاءات السيليكون الوظيفية، بما في ذلك الخصائص الخاصة مثل الخصائص المضادة للبكتيريا والموصلة.

الأبحاث المتعلقة ب السيليكون القابل للتحلل:مع تحسين الوعي البيئي، سيصبح البحث عن مواد السيليكون القابلة للتحلل اتجاهًا تنمويًا مهمًا.

تطبيق نانو سيليكون: استخدام تقنية النانو، البحث في تحضير وتطبيق السيليكون النانوي لتوسيع تطبيقه في مجالات التقنية العالية.

تخضير طرق التحضير: بالنسبة لطرق تحضير السيليكون، سيتم الاهتمام أكثر بالطرق التقنية الخضراء والصديقة للبيئة في المستقبل لتقليل التأثير على البيئة.