لماذا يمكن استخدام السيليكون السائل على نطاق واسع في مختلف المجالات؟

1. تقديم مطاط السيليكون السائل مع قولبة إضافية

يتكون مطاط السيليكون السائل المُشكّل بالإضافة من بولي سيلوكسان الفينيل كبوليمر أساسي، وبولي سيلوكسان بروابط Si-H كعامل ربط متقاطع، بوجود محفز البلاتين، عند درجة حرارة الغرفة أو بالتسخين تحت تأثير عملية الفلكنة المتقاطعة لفئة من مواد السيليكون. وعلى عكس مطاط السيليكون السائل المكثف، فإن عملية فلكنة مطاط السيليكون السائل المُشكّل لا تُنتج منتجات ثانوية، وتتميز بانكماش طفيف، وفلكنة عميقة، وعدم تآكل المادة الملامسة. كما يتميز بنطاق درجة حرارة واسع، ومقاومة كيميائية ممتازة، ومقاومة عالية للعوامل الجوية، وسهولة الالتصاق بمختلف الأسطح. لذلك، يُعدّ تطوير مطاط السيليكون السائل المُشكّل أسرع مقارنةً بمطاط السيليكون السائل المكثف. ويُستخدم حاليًا على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية، والآلات، والبناء، والطب، والسيارات، وغيرها من المجالات.

2. المكونات الرئيسية

البوليمر الأساسي

يُستخدم نوعان من البولي سيلوكسان الخطي المحتوي على الفينيل كبوليمرات أساسية لإضافة السيليكون السائل. يتميز توزيع أوزانهما الجزيئية باتساعه، حيث يتراوح عادةً من آلاف إلى 100,000-200,000. يُعدّ α,ω-ثنائي فينيل بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان البوليمر الأساسي الأكثر شيوعًا لإضافة السيليكون السائل. وقد وُجد أن الوزن الجزيئي ومحتوى الفينيل في البوليمرات الأساسية يُمكن أن يُغيّرا من خصائص السيليكون السائل.

عامل الربط المتشابك

يُستخدم عامل الربط المتشابك لإضافة السيليكون السائل إلى القوالب، وهو عبارة عن بولي سيلوكسان عضوي يحتوي على أكثر من ثلاث روابط Si-H في جزيئه، مثل ميثيل هيدروبوليسيلوكسان الخطي الذي يحتوي على مجموعة Si-H، وميثيل هيدروبوليسيلوكسان الحلقي، وراتنج MQ الذي يحتوي على مجموعة Si-H. ويُعدّ ميثيل هيدروبوليسيلوكسان الخطي، ذو التركيب الموضح أدناه، الأكثر شيوعًا. وقد وُجد أن الخواص الميكانيكية لهلام السيليكا تتغير بتغيير محتوى الهيدروجين أو تركيب عامل الربط المتشابك. كما وُجد أن محتوى الهيدروجين في عامل الربط المتشابك يتناسب طرديًا مع قوة الشد وصلابة هلام السيليكا. وقد تمكن غو تشوجيانغ وزملاؤه من الحصول على زيت سيليكون يحتوي على الهيدروجين بتركيبات وأوزان جزيئية ومحتوى هيدروجين مختلف، وذلك بتغيير عملية التخليق والصيغة، واستخدموه كعامل ربط متشابك لتخليق السيليكون السائل وإضافته.

محفز

بهدف تحسين كفاءة المحفزات، تم تحضير مركبات البلاتين-فينيل سيلوكسان، ومركبات البلاتين-ألكاين، ومركبات البلاتين المعدلة بالنيتروجين. وبالإضافة إلى نوع المحفز، تؤثر كمية منتجات السيليكون السائل أيضًا على الأداء. وقد وُجد أن زيادة تركيز محفز البلاتين يُعزز تفاعل التشابك بين مجموعات الميثيل ويُثبط تحلل السلسلة الرئيسية.

كما ذُكر سابقًا، تعتمد آلية الفلكنة للسيليكون السائل المضاف التقليدي على تفاعل الهيدروسيليلة بين البوليمر الأساسي المحتوي على الفينيل والبوليمر المحتوي على رابطة الهيدروسيليلة. يتطلب قولبة السيليكون السائل المضاف التقليدية عادةً قالبًا صلبًا لتصنيع المنتج النهائي، إلا أن هذه التقنية التصنيعية التقليدية تعاني من عيوبٍ كالتكلفة العالية والوقت الطويل، فضلًا عن أن المنتجات غالبًا ما تكون غير مناسبة للاستخدام في المنتجات الإلكترونية. وقد وجد الباحثون أنه يمكن تحضير سلسلة من السيليكا ذات خصائص فائقة باستخدام تقنيات معالجة مبتكرة تعتمد على إضافة سيليكا سائلة بروابط مزدوجة مع المركابتان. تُتيح خصائصها الميكانيكية الممتازة، وثباتها الحراري، ونفاذيتها للضوء، استخدامها في مجالات جديدة. وبناءً على تفاعل رابطة المركابتو-إين بين بولي سيلوكسان متفرع وظيفيًا بالمركابتان وبولي سيلوكسان منتهي بالفينيل بأوزان جزيئية مختلفة، تم تحضير مطاطات سيليكونية ذات صلابة وخصائص ميكانيكية قابلة للتعديل. وتُظهر المطاطات المطبوعة دقة طباعة عالية وخصائص ميكانيكية ممتازة. تصل نسبة استطالة مطاط السيليكون عند الكسر إلى 1400%، وهي نسبة أعلى بكثير من تلك المسجلة لمطاط السيليكون المعالج بالأشعة فوق البنفسجية، بل وأعلى من أكثر أنواع مطاط السيليكون المعالج حراريًا مرونةً. ثم طُبقت مطاطات السيليكون فائقة المرونة على هيدروجيلات مُطعّمة بأنابيب نانوية كربونية لتحضير أجهزة إلكترونية مرنة. يتمتع السيليكون القابل للطباعة والمعالجة بآفاق تطبيق واسعة في الروبوتات اللينة، والمحركات المرنة، والغرسات الطبية، وغيرها من المجالات.