Kesan banyak orang terhadap silikon berada di dapur: baking kuali, penyodok, acuan kek, yang lembut untuk digenggam tetapi sangat panas - tahan apabila diletakkan di dalam ketuhar; Walaupun keluar dari suhu tinggi lebih dari 200 darjah, tidak ada "lebur" yang kelihatan.
Bahan lembut yang biasanya kita hubungi, seperti beg plastik, jalur getah, kapas buih, akan menjadi melekit, cacat, atau bahkan cair apabila suhu tinggi
Kenapa silikon "kaunter secara intuitif" mencapai kelembutan dan rintangan suhu tinggi? Hari ini kita akan menerangkan perkara ini dari struktur, tingkah laku elektronik kepada aplikasi kejuruteraan.
01 membongkar kerangka dan melihat
Silikon (lebih tepatnya, getah silikon vulcanized pada suhu bilik atau suhu tinggi, dengan rantaian utama polydimethylsiloxane, PDMS) mempunyai "kerangka" yang sama sekali berbeza dari getah organik biasa - Si - Rantaian utama ini secara serentak menentukan "kelembutan" dan "rintangan haba".
Mengapa lembut?
Panjang ikatan yang lebih panjang dan sudut ikatan yang lebih luas: Si - o ikatan lebih panjang daripada ikatan C - C, dan sudut ikatan Si - o - Si juga lebih besar. Gabungan kedua -dua perkara ini meninggalkan "ruang untuk pergerakan" yang lebih besar untuk segmen rantai untuk berputar, menjadikannya lebih mudah bagi rantai untuk membungkuk ke belakang - suhu peralihan kaca (TG) oleh itu sangat rendah (PDMS TG sering sekitar -120 darjah). Di dunia di mana suhu bilik jauh lebih tinggi daripada TG, secara semulajadi adalah "moluska".
Pangkalan sampingan "Pelinciran": Pangkalan sisi silikon yang paling biasa ialah - CH3. Kumpulan metil adalah saiz kecil dan mempunyai interaksi yang lemah antara satu sama lain. Rantai tidak begitu "melekit" antara satu sama lain, seperti menggunakan minyak pelincir yang tidak kelihatan di peringkat molekul. Secara makroskopik, mereka kelihatan lembut dan mempunyai pemulihan lembut.
Halangan putaran rendah: Rintangan putaran di sekitar ikatan Si - o adalah kecil, dan segmennya fleksibel seperti sendi yang saling berkaitan, yang juga merupakan sumber mikroskopik TG yang rendah.
Kenapa panas - tahan?
Bond Si - o sendiri sangat mampu memecahkan: Bond tenaga Si - o ikatan jauh lebih tinggi daripada tipikal C - C dan C - O bon, yang memerlukan tenaga yang lebih tinggi untuk "memecahkan" itu tidak mudah dipecahkan pada suhu tinggi.
Skeleton Inorganik: Rantaian utama getah organik umumnya C - C atau C - o, yang lebih mudah terdedah kepada serangan oleh radikal bebas reaktif di bawah keadaan oksigen panas; Si - o rantaian utama lebih stabil dan mengalami penuaan oksidatif termal yang lebih perlahan.
Dilengkapi dengan cangkang pelindung sekiranya berlaku api: getah silikon akan menghasilkan lapisan abu anorganik yang padat yang serupa dengan silikon dioksida (SIO ₂) di bawah suhu tinggi/api terbuka, seperti dengan cepat menutupi dirinya dengan haba - shell yang tahan untuk menyekat panas dan oksigen dari meneruskan ".
Ringkasan dalam satu ayat:
Kelembutan berasal dari fleksibiliti rantai dan interaksi intermolecular yang lemah, manakala rintangan haba berasal dari Si - o bon dan produk pirolisis anorganik. Kedua -dua perkara ini tidak bercanggah.
