تولیدکننده مواد اولیه کامپوزیت و فایبرگلاس
شنبه ۰۲ تیر ۱۴۰۳

سیلیکون چیست

default
چکیده این مطلب:

فهرست این محتوا: پنهان 1) مقدمه 2) سیلیکون چیست؟ 2.1) خواص و ویژگی های سیلیکون 3) کاربرد سیلیکون 4) انواع سیلیکون 4.1) سیلیکون مایع(silicone fluid) ….

نویسنده: حیدر فیلی منتشر شده در: ۲۱ خرداد ۱۴۰۳ 34 بازدید

مقدمه

اولین‌بار آنتوان لاوازیه در سال ۱۷۸۷ میلادی بیان کرد که ممکن است سیلیکا، اکسیدی از یک عنصر خاص باشد؛ اما به دلیل میل ترکیبی این عنصر با اکسیژن ابزاری جهت کاهش و جداسازی آن نداشت تا بتواند حرف خود را به اثبات برساند. سرانجام پس از تلاش‌هایی که در سال‌های مختلف جهت جداسازی این عنصر شد، سیلیکون اولین‌بار در سال ۱۸۲۴ میلادی، توسط جونز جاکوب برزلیوس شیمی‌دان سوئدی به‌عنوان یک عنصر معرفی شد.

عنصر سیلیکون یا سیلیسیوم با نماد Si عنصر سیلیکون از واکنش سیلیس (دی‌اکسید سیلیسیم، SiO2) و مواد کربنی مانند زغال کک، زغال‌سنگ و تراشه‌های چوب تهیه می‌شود. این عنصر، یک عنصر فلزی با رنگ خاکستری و نیمه‌رساناست که عدد اتمی ۱۴ را در جدول تناوبی به خود اختصاص داده است.

در اواسط قرن بیستم میلادی استفاده از پلیمرهای سیلیکونی گسترش یافت. پلیمر مصنوعی متشکل از مشتقات نفتی حاوی سیلیکون است که می‌تواند با کربن، هیدروژن و اکسیژن و در برخی موارد عناصر دیگر ترکیب شود. پلیمر سیلیکون در برابر حرارت مقاوم است و از آن در صنعت الکترونیک، ساخت انواع پروتز و ساخت لوازم بهداشتی نیز استفاده می‌گردد.

در این مقاله قصد داریم به بررسی کامل و جامع سیلیکون بپردازیم تا شما با کاربرد و اهمیت این پلیمر بیشتر آشنا شوید، پس تا پایان این مقاله‌ی آموزشی با ما همراه باشید.

سیلیکون چیست؟

سیلیکون silicon یا سیلیسیم با نماد (Si) دومین عضو گروه ۱۴ در جدول تناوبی عناصر است که بعد از اکسیژن دومین عنصر فراوان کره زمین به شمار می‌رود. این عنصر به دلیل تمایل زیاد به ترکیب با اکسیژن به‌صورت آزاد در طبیعت وجود ندارد، اما می‌توان آن را در ترکیب با اکسیژن به شکل سیلیکات‌ها و سایر اکسیدها (مانند سیلیکون دی‌اکسید یا سیلیکا) یافت نمود.

پلیمر سیلیکون (Silicone) که پلی‌سیلوکسان (polysiloxanes) نیز نامیده می‌شود، یک ترکیب مصنوعی ساخته شده از واحدهای تکرارشونده سیلوکسان است، سیلیکون یک «پلیمر مصنوعی غیرآلی» است که از زنجیره اصلی آن از پلی سیلوکسان ساخته شده است که تکرار اتم‌های سیلیکون (Si) و اکسیژن (O) است و با کربن، هیدروژن و گاهی برخی عناصر دیگر نیز ترکیب شده است. واحدهای آلی را نیز می‌توان به‌عنوان زنجیره جانبی مولکول‌های سیلیکون، معرفی کرد که می‌توانند خواص مختلفی را اضافه کرده و مواد ترکیبی مفیدی ایجاد کنند.

خواص و ویژگی های سیلیکون

سیلیکون یک ماده پلیمرهای مصنوعی با زنجیره اصلی سیلیکون – اکسیژن (Si-O) مشابه دی‌اکسید سیلیکون (سیلیکا) است که در ساختار آن‌ها گروه‌های آلی توسط پیوندهای C-Si به اتم‌های سیلیکون متصل شده‌اند. ویژگی‌های پلیمر همیشه تحت‌تأثیر ترکیبات شیمیایی و طول زنجیره آن‌ها قرار می‌گیرد. وقتی زنجیره‌های پلیمری منشعب می‌شوند و حتی زمانی که اتصالات عرضی تشکیل می‌دهند و به الاستومرها/لاستیک‌ها تبدیل شده و تفاوت‌های بیشتری در ویژگی‌های آن‌ها ایجاد می‌شود. از این خصوصیات و ویژگی‌های سیلیکون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. انعطاف‌پذیری بالا
  2. پایداری حرارتی (از ۸۰- تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد)
  3. عایق الکتریکی
  4. ضدآب
  5. مقاومت در برابر شرایط جوی و قارچ‌ها
  6. چسبندگی بالا
  7. اشتعال‌پذیری
  8. مقاومت کششی
  9. هزینه نسبتاً بالای آن در مقایسه با سایر مواد
  10. امکان ناسازگاری با برخی حلال‌ها یا روغن‌های خاص
  11. نقطه ذوب نسبتاً پایین
  12. پایداری در برابر گستره‌ی وسیعی از مواد شیمیایی از جمله آب، الکل ایزوپروپیل، برخی اسیدها، مواد شیمیایی اکسیدکننده و آمونیاک
  13. مقاومت در برابر پیری طبیعی (اکسیداسیون، UV)
  14. مقاومت در برابر آتش، انتشار کم دود و بخارات سمی
  15. انرژی سطحی پایین
  16. هیدروفوبیا (اثر مهره‌زنی)
  17. خواص آزادسازی یا چسبندگی، بر اساس نیاز
  18. قابل‌استفاده برای کاربردهای متنوع
  19. زیست‌سازگاری، مناسب برای تماس با مواد غذایی و کاربردهای پزشکی
  20. تماس ایمن و راحت با پوست
  21. زنجیر انعطاف‌پذیر تا ۱۰۰- درجه سانتیگراد برای افزایش عملکرد روانکاری و نفوذپذیری گاز
  22. پردازش آسان، پخش عالی و قابلیت پوشش

کاربرد سیلیکون

سیلیکون یک ترکیب مصنوعی بی‌اثر است که در اشکال (روغن، لاستیک، رزین) و انواع مختلف وجود دارد. ترکیبات این ماده معمولاً به‌صورت سرامیک و شیشه، پلیمر، سیلیکون آلی، نانومواد و برخی فلزات مورداستفاده قرار می‌گیرند.

سیلیکون‌ها به دلیل خاصیت‌های فیزیکی و شیمیایی خود مانند عایق‌بری الکتریکی، ضدآب بودن، مقاومت حرارتی بالا و انعطاف‌پذیری در صنایع الکترونیک، شیمیایی، فضایی، پزشکی، دفاعی و… حائز اهمیت هستند. از جمله کاربردهای سیلیکون در صنایع مختلف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • صنعت الکترونیک مانند: عایق سیم، کابل، تراشه‌های الکترونیکی، پردازنده‌ها، حافظه‌های فلش، حسگرها و دستگاه‌های الکترونیکی
  • صنعت پزشکی و دندان‌پزشکی مانند: ساخت انواع پروتز و قالب‌های قالب‌گیری دندان
  • مصارف خانگی مانند: ظروف پخت‌وپز و درزگیرها
  • صنعت خودرو و ماشین‌آلات مانند: واشرها، وایر شمع، سیم‌کشی، پدهای صفحه‌کلید، لاستیک‌ها و طوقه‌ها
  • صنعت هواپیماسازی مانند: مهروموم
  • صنعت نساجی و کاغذ مانند پوشش

از دیگر کاربردهای مهم سیلیکون می‌توان به تولید سلول‌های خورشیدی، لنزهای اپتیکال، نانوذرات، پوشش‌های محافظ و زیبایی، تولید ظروف یکبار مصرف، انواع بطری‌های پلاستیکی، چسب‌ها، روان‌کننده‌ها نیز اشاره کرد.

انواع سیلیکون

سیلیکون مایع(silicone fluid)

سیلیکون مایع که از زنجیره‌ای از اتم‌های سیلیکون و اکسیژن همراه با گروه متیل آلکیل‌ها تشکیل شده است و فنیل هم نامیده می‌شوند. سیلیکون مایع می‌تواند به‌منظور افزایش مقاومت شیمیایی خود در برابر محلول شیمیایی مشخص، فرموله شود.

سیلیکون رزین (silicone resin)

تولید سیلیکون رزین از طریق هیدرولیز و کراس لینک‌شدن تر آلکیل کلرو سیلوکسان در دمای بالا است.

لاستیک سیلیکون (silicone rubber)

لاستیک سیلیکون از زنجیره‌ای طولانی از پلی سیلیواکسان ها همراه با فیلرهای مختلف تشکیل شده است.

تفاوت لاستیک آلی و لاستیک سیلیکونی

سیلیکون یکی از الاستومرها یا یک لاستیک است. تفاوت‌های لاستیک‌های آلی و لاستیک‌های سیلیکونی عبارت‌اند از:

پوشش منحنی سیلیکون حاوی سیلیسیم و اکسیژن است؛ اما پوشش منحنی اکثر لاستیک‌های دیگر حاوی پیوندهای کربن – کربن است.

سیلیکون در برابر گرما، حملات شیمیایی، حملات قارچی، اشعه ماورا بنفش و اوزون مقاومت بیشتری نسبت به لاستیک معمولی دارد.

سیلیکون به دلیل مقاومت در برابر حرارت برای عایق‌بندی مناسب‌تر از همه لاستیک‌های دیگر است.

لاستیک‌های آلی در دماهای بالا خاصیت کششی و پارگی ضعیفی دارند درحالی‌که لاستیک‌های سیلیکونی در همان شرایط دمایی عالی هستند.

روش های تولید سیلیکون

فرایند ساخت سیلیکون دارای ۲ مرحله فرایند کاهش و فرایند خنک‌شدن و خردکردن سیلیکون است. در این سیلیس و زغال کک به‌صورت غوطه‌ور در کوره قوس الکتریکی در دمای بالا گرمایش داده می‌شود؛ زیرا برای تولید واکنشی که در آن اکسیژن از بین برود و سیلیکون باقی بماند، درجه حرارت بالا لازم است.
در ادامه به بررسی دو روش تولید سیلیکون می‌پردازیم.

روش Czochraski (CZ) Crystal growing

در این روش، سیلیکون‌های با خلوص مناسب درون کوره‌ای از جنس کوارتز با پوشش گرافیتی قرار داده شده و با استفاده از هیتر کربنی به حالت مذاب در می‌آیند. سپس یک قطعه بلور سیلیکونی کاملاً کریستالی را به نوک یک میله متصل می‌کنند و آن را به‌آرامی درون سیلیکون مذاب فرو می‌برند و هم‌زمان با چرخش آهسته درون سیلیکون مذاب، به‌تدریج آن را خارج می‌کنند.

در این فرایند، اتم‌های سیلیکون موجود در مایع مذاب به‌آرامی روی سطح سیلیکون کریستالی در نوک میله قرار می‌گیرند و با نظم بلوری کریستال اولیه ترکیب می‌شوند. به‌این‌ترتیب، کریستال اولیه با افزودن اتم‌های جدید در اطرافش و حفظ نظم بلوری اولیه، به‌تدریج رشد می‌کند.

تولید تک بلور سیلیکون، روش Float Zone Crystal Growth

در این روش، یک کریستال تک‌بلوری منظم در انتهای یک پلی کریستال سیلیکون قرار می‌گیرد. پلی کریستال متشکل از میلیون‌ها قطعه کوچک بلوری سیلیکون است که به‌صورت نامنظم در کنار هم قرار گرفته‌اند. یک سیم‌پیچ دور این مجموعه پیچیده می‌شود و با عبور جریان از آن، پلی کریستال به‌صورت موضعی ذوب می‌شود.

این سیم‌پیچ به‌آرامی در طول استوانه پلی کریستال حرکت می‌کند و پس از عبور از هر ناحیه، اتم‌های مذاب شده به شکل کریستالی جدید جامد می‌شوند. این فرایند تا زمانی که کل پلی کریستال به یک‌تکه کریستال منظم تبدیل شود، ادامه می‌یابد. در این روش، پلی کریستال به‌صورت مرحله‌ای ذوب و مجدداً جامد می‌شود و هر ناحیه پس از ذوب، نظم بلوری قسمت قبلی را به خود می‌گیرد.

به دلیل حضور اکسیژن در محیط و بوته‌های حاوی اتم‌های کربن، ناخالصی‌هایی از جنس کربن و اکسیژن در سیلیکون وجود دارد. به فرایند تزریق ناخالصی‌ها به سیلیکون برای به‌دست‌آوردن سیلیکون‌های نوع N یا P و یا تغییر میزان و نوع ناخالصی‌ها، “دوپینگ” (doping) گفته می‌شود. سیلیکون‌های تولید شده از روش‌های ذکر شده عموماً از نوع N-type هستند. برای تولید سیلیکون P-type، باید ناخالصی‌هایی از جنس عناصری مانند بور و نیتروژن به داخل بلور سیلیکون وارد شوند که همین امر موجب می‌شود سیلیکون‌های نوع P قیمت بالاتری داشته باشند.

سوالات متداول

تفاوت بین سیلیکون (silicone) و سیلیکون (silicon) چیست؟

سیلیکون – بدون “e” – یک عنصر شیمیایی با نماد شیمیایی Si است و در طبیعت به شکل مجزا یافت نمی‌شود. بااین‌حال، سیلیکون (silicone) به دسته وسیعی از پلیمرها اشاره دارد که از یک پیوند سیلوکسان فرمول شیمیایی (-Si-O-Si-) با ترکیبات آلی مختلف تشکیل شده است.

 آیا در بین مواد مختلف سیلیکون یک انتخاب بهینه تر است؟

سیلیکون‌ها مانند پلاستیک‌ها تجزیه نمی‌شوند و اثرات مخرب کمتری دارند. با ابن وجود درصورتی‌که بتوانید از ظروف شیشه‌ای که به‌راحتی بتواند بازیافت شود و یا ظروف کاغذی که زیست‌پذیرتر هستند گزینه‌های بهتری است.

تفاوت سیلیکون و سیلیکا چیست؟

سیلیکون از تکرار اتم‌های سیلیکون (Si) و اکسیژن (O) است و با کربن، هیدروژن و گاهی برخی عناصر دیگر نیز ترکیب شده است درصورتی‌که سیلیکا متشکل از اتم سیلیکونی متصل به دو اتم اکسیژن است.

آیا سیلیکون یک انتخاب سازگار با محیط زیست برای بسته بندی است؟

سیلیکون یک ماده هیبریدی به‌حساب می‌آید و به همین دلیل نسبت به بسیاری از پلاستیک‌ها انتخابی سازگارتر با محیط‌زیست است، اگرچه تولید اولیه آن به استفاده از منابع تجدیدناپذیر نیاز دارد.

آیا سیلیکون سمی و سرطان‌زا است؟

خیر، طبق تحقیقات انجام شده، سیلیکون غیرسمی است و موجب سرطان نمی‌شود؛ اما سازمان غذا و داروی آمریکا تزریق این ماده به پوست را غیرایمن می‌داند و توصیه می‌کند از خوردن و آشامیدن آن نیز خودداری شود.

آیا واقعا سیلیکون برای پخت و پز غذا بی خطر است؟

به‌طورکلی برای استفاده در ظروف پخت‌وپز مانند کتری، تابه و بطری کودک، از سیلیکون درجه مواد غذایی ایمن استفاده می‌شود. این نوع سیلیکون غیرسمی بوده، در برابر حرارت مقاوم است و مواد شیمیایی مضر را وارد غذا یا مایعات نمی‌کند.

جمع بندی

سیلیکون از سیلیس موجود در شن و ماسه تولید می‌شود و پلیمر سیلیکون، یک پلیمر مصنوعی با ساختاری شامل سیلیکون، اکسیژن، کربن و هیدروژن است که به‌عنوان ماده‌ای هیبریدی شناخته می‌شود.

امروزه سیلیکون به دلیل خواص منحصربه‌فردی مانند مقاومت بالا در برابر حرارت، رطوبت و اشعه ماورای‌بنفش، دوام و ماندگاری طولانی، محبوبیت زیادی یافته است و در بسیاری از صنایع از جمله لوازم آشپزخانه، محصولات آرایشی، تجهیزات پزشکی و الکترونیک به کار می‌رود. همچنین از دیگر مزایای سیلیکون می‌توان به غیرسمی بودن و عدم انتشار مواد شیمیایی مضر در شرایط حرارتی بالا و زیست‌پذیر بودن آنها اشاره کرد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

یک × 3 =