سیلیکون یکی از فلزات نیمه رسانا در جدول تناوبی است. این عنصر در سنگ‌های کوارتز و ماسه سنگ‌ها به‌وفور دیده می‌شود. عنصر سیلیکون امروزه از طریق فرایندهای کاهشی، خنک شدن و خرد شدن به انواع سیلیکون مایع، جامد و نیمه‌جامد تبدیل می‌شود. لاستیک‌ها، رزین، سیلیکون مایع و پلیمرهای متنوع از جمله پرکاربردترین سیلیکون‌های موجود در صنعت هستند. جالب است بدانید که از انواع سیلیکون‌ها در صنایع پزشکی، خودروسازی، آزمایشگاهی، ساختمانی، غذایی و هوافضا استفاده می‌شود.
تاریخچه سیلیکون
سیلکون از جمله عناصری است که از سنگ‌های کوارتز استخراج می‌شود. این عنصر در سنگ چخماق که در گذشته به‌عنوان سنگ آتش‌زنه از آن استفاده می‌شد، وجود دارد. علاوه بر این شیشه‌های سیلیکاتی که در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند، دارای قدمتی به‌میزان بیش از 12000 سال قبل از میلاد هستند. اولین بار شیمیدانی به‌نام جونز جاکوب در سال 1824 این فلز را جداسازی و مورد استفاده قرار گرفت.
بعدها این فلز با ترکیب مواد کربنی، تراشه‌های چوب و زغال سنگ و… به یکی از سیلیکون‌های پرکاربرد در صنعت تبدیل شد. البته در نظر داشته باشید که عنصر سیلکون اکثراً بهطور ترکیبی در طبیعت وجود دارد. به‌عنوان مثال ترکیب تتراکلرید سیلیکون از جمله اولین سیلیکات‌هایی بود که در سال 1854 کشف شد. این فلز هم‌اکنون به‌صورت آلیاژهای متنوع در بازارهای جهانی و همچنین صنایع پلیمری استفاده می‌شود.
ساختار و ترکیبات سیلیکون
سیلیکون از جمله پلیمرهای مصنوعی است که از ترکیب عناصری مانند اکسیژن، هیدروژن، کربن و سیلیکون ساخته می‌شود. زنجیره‌های سیلیکونی موجود در این پلیمر به‌صورت زنجیرهای بلند و با پیوندهای متنوعی وجود دارند. این زنجیره‌ها به‌صورت زنجیره‌های سیلیکون-اکسیژن هستند و پیوندهای بسیار محکمی دارند. علاوه بر این وجود گروه‌های آلی مثل متیل، اتیل، وینیل و… به‌منظور پایداری بیشتر ساختارهای سیلیکونی استفاده می‌شوند. بهطور کلی ترکیبات سیلیکونی از نظر حالت فیزیکی به دسته‌های زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
- ژل‌های سیلیکونی: این مواد به‌دلیل حالت نیمه جامدی که دارند دارای خاصیت شوک و ارتعاش هستند و در تجهیزات پزشکی مانند ژل سونوگرافی و همچنین لوازم آرایشی و بهداشتی استفاده می‌شوند.
- الاستومرها: این زنجیره‌ها به‌صورت بلند، جامد و منعطف هستند. از الاستومرها در صنایع پزشکی، لوله کشی و انواع درزگیرها استفاده می‌شود.
- رزین: رزین‌ها همان زنجیره‌های پلیمری هستند که با داشتن مقاومت کافی به‌عنوان عایق‌های حرارتی و الکتریکی استفاده می‌شوند.
- روغن‌ها: این سیلیکون‌ها زنجیره‌های پلیمری کوتاهی هستند که اغلب به‌عنوان روان‌کننده و مواد ضدکف استفاده می‌شوند. این روغن‌ها می‌توانند نقش عایق‌های حرارتی و الکتریکی را نیز داشته باشند.
خواص شیمیایی و فیزیکی سیلیکون ها
سیلیکون‌ها به‌دلیل دارا بودن پیوندهای قوی کووالانسی بین عناصر تشکیل دهنده خود، دارای خواص فیزیکی ویژه‌ای هستند. البته علی‌رغم اینکه سیلیکون‌ها از نظر حالت شیمیایی و فیزیکی متفاوتند، دارای خواص مشابهی نیز هستند. از جمله این خواص می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مقاومت در برابر رطوبت و هوازدگی
- انعطاف بالا در دماهای پایین
- عایق حرارتی و الکتریکی
- قابلیت اشتعال
- مقاومت کششی و فشاری بالا
- مقاومت دربرابر خواص الکتریکی
- مقاومت بالا در برابر حرارت
- دارای پایداری شیمیایی در برابر حلال‌ها، قلیاها و اسیدها
تولید و استخراج
سیلکیون‌ها پلیمرهای مصنوعی هستند که بسته به فرایند تولید آن‌ها به‌صورت مایع، جامد و نیمه جامد تهیه می‌شوند. این فرایندها عبارت‌اند از:
- هیدرولیز سیلان‌ها: در این فرایند زنجیره‌های دی کلورسیلان‌ها متراکم شده و هیدرولیز می‌شوند. سپس این زنجیره‌ها با سیلان‌های دیگر ترکیب شده و مقاومت کافی پیدا می‌کنند.
- پلیمریزاستون: در مرحله بعد زنجیره‌های پلیمری تولید می‌شوند و با اضافه شدن کاتالیزورها، محصول نهایی که شامل زنجیره‌هایی با طول متنوع است تولید می‌شود.
کاربرد های سیلیکون
با توجه به نوع آلیاژهای ساخته شده از پلیمر سیلیکونی، می‌توان انتظار داشت که این پلیمرها در صنایع بسیار متنوعی به‌کار برده می‌شوند. از جمله این صنایع می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- صنایع خودروسازی: بسیاری از قسمت‌های خودرو مانند واشرها، انواع لوله، تهویه، حفاظت از قطعات موتوری که نیاز است در برابر حرارت مقاومت بالایی داشته باشند، از جنس سیلیکون هستند.
- صنایع پزشکی: بسیاری از سیلیکون‌ها از نظر ترکیبات شیمایی با محیط زیست سازگاری بالایی دارند؛ به‌همین دلیل در ساخت انواع پروتزها، ایمپلنت‌ها و سرنگ‌های تزریق استفاده می‌شوند.
- صنایع خانگی: از سیلیکون‌ها در زمینه تهیه ظروف آشپزخانه، لوازم آشپزی و مواد ضدچسب استفاده می‌شود.
- صنایع ساختمانی: از انواع سیلیکون‌ها برای درزگیرهای پنجره، درها، عایق‌های ساختمانی و اتصالات بهره برده می‌شود.
- روغن‌های سیلیکونی: استفاده از سیلیکون‌ها به‌عنوان روان‌کننده، مواد ضدچسب و همچنین رزین‌های سیلیکونی در تجهیزات آزمایشگاهی و هنرهای تجسمی مانند مجسمه‌سازی بسیار متداول است.
- صنایع غذایی: ظروف سیلیکونی برای طبخ انواع کیک و شیرینی و پوشش‌های ظروف نچسب استفاده می‌شوند.
- صنایع الکترونیک: جالب است بدانید از سیلیکون‌های جامد برای تولید انواع تراشه‌های کامپیوتر، مدارهای الکترونیکی، سیم‌ها و قطعات الکترونیکی نیمه هادی استفاده می‌شود.
انواع پلیمرهای سیلیکونی
لازم است بدانید که بسته به نوع سیلیکون می‌توان از آن در صنایع متنوعی استفاده کرد. از جمله پرکاربردترین نوع رزین‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- رزین‌های سیلیکونی: این مواد دارای مقاومت بالایی هستند و می‌توانند شرایط حرارت بالا، الکتریسیته و همچنین عوامل محیطی دیگر را به‌خوبی تحمل کنند.
- سیلیکون‌های لاستیکی: معمولاً از جنس پلیمرهای الاستومری هستند که دارای انعطاف بسیار بالایی هستند. این سیلیکون‌ها معمولاً از مخلوط مواد خام و یک‌سری ترکیبات دیگر تولید می‌شوند و در صنایع پزشکی بسیار پرکاربرد هستند.
- سیلیکون‌های مایع: این پلیمرها به‌دلیل توانایی پختن و سخت شدن، مقاومت بالایی دربرابر حرارت دارند. رزین‌های مایع اغلب به‌صورت شفافند و در رنگ و طرح‌های مختلفی عرضه می‌شوند.
جمع بندی
سیلیکون از جمله فلزاتی است که به‌دلیل ماهیت شیمیایی ویژه و ویژگی‌هایی مانند عدم رسانی کاربرد وسیعی در صنعت دارد. پلی دی متیل سیلوکسان، پلی وینیل سیلوکسان و پلی متیل فنیل سیلوکسان از جمله مهم‌ترین پلیمرهایی هستند که در صنایع کاربرد دارند. این پلیمرها دارای خاصیت عایق الکتریکی، انعطاف‌پذیری، حساسیت به دما، آب‌گریزی، مقاومت دربرابر اسیدها و بازها هستند. سیلیکون‌ها بهطور عمده در صنایع پزشکی و پیراپزشکی، غذایی، تهیه ظروف آشپزخانه، تجهیزات دندان‌پزشکی و حتی لوازم آرایشی و بهداشتی بسیار پرکاربرد هستند.