چرا سیلیکون اینقدر نرم است اما در برابر حرارت{0}}مقاوم است؟

تصور بسیاری از افراد از سیلیکون در آشپزخانه است: تابه‌های پخت، بیل‌ها، قالب‌های کیک، که در دست گرفتن نرم هستند اما وقتی در فر قرار می‌گیرند{0}}در برابر حرارت بسیار مقاوم هستند. حتی هنگام بیرون آمدن از دمای بالای 200 درجه، هیچ "ذوب" قابل مشاهده ای وجود ندارد.

مواد نرمی که معمولاً با آنها تماس می‌گیریم، مانند کیسه‌های پلاستیکی، نوارهای لاستیکی، پنبه فوم، وقتی دما بالا باشد، چسبناک، تغییر شکل داده یا حتی ذوب می‌شوند.

چرا سیلیکون می تواند "به طور مستقیم" به نرمی و مقاومت در برابر دمای بالا دست یابد؟ امروز این موضوع را از ساختار، رفتار الکترونیکی تا کاربردهای مهندسی توضیح خواهیم داد.

سیلیکون (به طور دقیق تر، لاستیک سیلیکونی ولکانیزه شده در دمای اتاق یا دمای بالا، با زنجیره اصلی پلی دی متیل سیلوکسان، PDMS) دارای یک "اسکلت" کاملاً متفاوت از لاستیک آلی معمولی - Si-O-Si زنجیره اصلی ترکیبی آلی غیر آلی است. این زنجیره اصلی به طور همزمان "نرم" و "مقاومت در برابر حرارت" آن را تعیین می کند.

طول پیوند بلندتر و زاویه پیوند گسترده تر: پیوندهای Si-O بلندتر از پیوندهای C-C هستند و زاویه پیوند Si-O-Si نیز بزرگتر است. ترکیب این دو چیز "فضای حرکت" بزرگتری را برای چرخش بخش زنجیره ایجاد می کند و خم شدن زنجیر به جلو و عقب را آسان تر می کند - بنابراین دمای انتقال شیشه (Tg) بسیار پایین است (PDMS Tg اغلب حدود -120 درجه است). در دنیایی که دمای اتاق بسیار بالاتر از Tg است، طبیعتاً یک " نرم تنان " است.

"روغنکاری" پایه جانبی: رایج ترین پایه جانبی سیلیکونی - CH3 است. گروه های متیل اندازه کوچکی دارند و برهمکنش ضعیفی با یکدیگر دارند. زنجیرها مانند استفاده از یک روغن روان کننده نامرئی در سطح مولکولی، خیلی "چسبنده" به یکدیگر نیستند. از نظر ماکروسکوپی، آنها نرم به نظر می رسند و بازگشتی ملایم دارند.

مانع چرخشی کم: مقاومت چرخشی در اطراف پیوند Si-O کوچک است، و بخش‌ها مانند اتصالات به هم پیوسته انعطاف‌پذیر هستند، که منبع میکروسکوپی Tg پایین نیز می‌باشد.

خود پیوند Si-O بسیار توانایی شکستن دارد: انرژی پیوند Si-O به طور قابل توجهی بالاتر از پیوندهای معمولی C{-C و C-O است، به انرژی بالاتری برای "شکستن" آن نیاز دارد، بنابراین در دماهای بالا به راحتی شکسته نمی شود.

اسکلت غیر آلی: زنجیره اصلی لاستیک آلی عموماً C-C یا C-O است که در شرایط اکسیژن داغ بیشتر در معرض حمله رادیکال‌های آزاد فعال است. زنجیره اصلی Si{2}}O پایدارتر است و پیری اکسیداتیو حرارتی کندتری را تجربه می‌کند.

همراه با یک پوسته محافظ در هنگام آتش سوزی: لاستیک سیلیکونی یک لایه خاکستر غیر آلی متراکم شبیه دی اکسید سیلیکون (SiO 2) در دمای بالا/شعله باز ایجاد می کند، مانند اینکه به سرعت خود را با یک پوسته مقاوم در برابر حرارت- می پوشاند تا گرما و اکسیژن را از ادامه تهاجم و تهاجم به طور معمول جلوگیری کند. چکیدن».

خلاصه در یک جمله:

نرمی از انعطاف‌پذیری زنجیره‌ها و برهمکنش‌های بین مولکولی ضعیف ناشی می‌شود، در حالی که مقاومت در برابر حرارت از پیوندهای قوی Si-O و محصولات تجزیه در اثر حرارت معدنی ناشی می‌شود. این دو مورد متناقض نیستند.