Silicôn: Y Canllaw Cyflawn i Hanes, Cemeg a Diogelwch

Mae siliconau yn bolymerau sy'n cynnwys unrhyw anadweithiol, synthetig cyfansawdd sy'n cynnwys unedau ailadroddus o siloxane, sy'n grŵp swyddogaethol o ddau atom silicon ac un atom ocsigen wedi'u cyfuno'n aml â charbon a/neu hydrogen. Maent fel arfer yn gwrthsefyll gwres ac yn debyg i rwber, ac fe'u defnyddir mewn selio, gludyddion, ireidiau, meddygaeth, offer coginio, ac insiwleiddio thermol a thrydanol.

Yn yr erthygl hon, byddwn yn ymdrin â phriodweddau silicon a'i broses weithgynhyrchu.

Popeth y mae angen i chi ei wybod am silicon

Mae silicon yn ddeunydd polymer sy'n cynnwys moleciwlau o'r enw siloxanes. Mae'n ddeunydd unigryw sy'n cynnwys silicon, elfen naturiol a geir mewn tywod a chreigiau, ac ocsigen. Pan gyfunir y ddwy elfen hyn, maent yn ffurfio cyfansoddyn sy'n cynnwys cadwyni hir o fonomerau ailadroddus, sy'n cael eu bondio gyda'i gilydd i greu cynnyrch terfynol.

Sut mae Silicôn yn cael ei Gynhyrchu?

Yn nodweddiadol, cynhyrchir silicon trwy gymysgu silicon pur â chyfansoddion eraill i greu cyfansawdd silicon. Yna mae'r cyfansoddyn yn cael ei basio trwy gyfres o brosesau gwyddonol i greu cynnyrch terfynol sy'n cynnwys cadwyni hir o fonomerau ailadroddus. Mae'r cadwyni hyn wedi'u bondio gyda'i gilydd i greu polymer a elwir yn gyffredin fel silicon.

Beth yw Prif Ddefnyddiau Silicôn?

Mae silicon yn ddeunydd poblogaidd a ddefnyddir mewn llawer o wahanol gynhyrchion. Mae rhai o'r defnyddiau mwyaf cyffredin o silicon yn cynnwys:

• Creu selyddion a gludyddion y gellir eu defnyddio i fondio gwahanol ddeunyddiau gyda'i gilydd.
• Cynhyrchu ireidiau y gellir eu defnyddio i leihau ffrithiant rhwng rhannau symudol.
• Creu inswleiddiad thermol a thrydanol y gellir ei ddefnyddio i amddiffyn offer sensitif rhag gwres a thrydan.
• Gwneud offer coginio a chynhyrchion cegin eraill nad ydynt yn wenwynig ac sy'n gallu gwrthsefyll gwres.
• Creu dyfeisiau meddygol a mewnblaniadau sy'n ddiogel ac yn effeithiol i gleifion.

Beth yw'r Gwahaniaeth rhwng Silicôn a Silicôn?

Mae silicon yn ddeunydd sengl, tra bod siliconau yn grŵp o ddeunyddiau sy'n cynnwys silicon. Mae siliconau fel arfer yn galetach ac yn fwy gwydn na silicon, ac fe'u defnyddir yn gyffredin mewn cynhyrchion sydd angen lefel uchel o ansawdd a pherfformiad.

Esblygiad Silicôn: O Silicon Crisialog i Gynhyrchu Modern

Ym 1854, cafodd Henry Sainte-Claire Deville silicon crisialog, a oedd yn ddarganfyddiad arwyddocaol ym myd deunyddiau a chyfansoddion. Elfen gemegol yw silicon gyda'r symbol Si a rhif atomig 14. Mae'n solid crisialog caled, brau gyda llewyrch metelaidd llwydlas, ac mae'n feteloid tetrafalent a lled-ddargludydd. Silicon yw'r wythfed elfen fwyaf cyffredin yn y bydysawd yn ôl màs, ond anaml y caiff ei ganfod yn ei ffurf pur mewn natur.

Genedigaeth Silicônau: Ymchwil Hyde ac Enwi Kipping

Ym 1930, cynhaliodd JF Hyde yr ymchwil gyntaf i gynhyrchu siliconau masnachol. Yn ddiweddarach, yn 1940, gan ddefnyddio ymchwil Hyde, rhoddodd y fferyllydd o Loegr, Frederich Stanley Kipping, yr enw “silicones” i’r deunydd oherwydd eu bod yn “llanast gludiog”. Roedd Kipping yn arloeswr ym maes cemeg organig ac mae'n fwyaf adnabyddus am ei waith ar gemeg siliconau. Mae siliconau yn grŵp o bolymerau synthetig sy'n cynnwys unedau ailadroddus o siloxane, sef cadwyn o atomau silicon ac ocsigen bob yn ail gyda grwpiau organig ynghlwm wrth yr atomau silicon.

Cemeg Silicônau: Adeiledd a Chadwyni Polymer

Yn y bôn, polymerau yw siliconau gydag uned ailadroddus o siloxane. Mae'r uned siloxane yn cynnwys atom silicon sydd ynghlwm wrth ddau atom ocsigen, sydd yn eu tro ynghlwm wrth grwpiau organig. Gall y grwpiau organig fod yn grwpiau methyl, ethyl, ffenyl, neu grwpiau eraill. Gellir uno'r unedau siloxane i ffurfio cadwyni llinol neu gadwyni canghennog. Gellir croesgysylltu'r cadwyni hefyd i ffurfio rhwydwaith tri dimensiwn. Mae'r deunydd canlyniadol yn bolymer silicon gydag amrywiaeth eang o briodweddau.

Cynhyrchu Silicônau Modern: Corning, Dow, a Hydrolysis

How to strip wire fast

Share

Watch on

Mae cynhyrchu siliconau modern yn cynnwys amrywiaeth o ddulliau, ond mae'r dull mwyaf cyffredin yn seiliedig ar hydrolysis cyfansoddion silicon. Mae cyfansoddion silicon fel tetraclorid silicon (SiCl4) neu dimethyldichlorosilane (CH3) 2SiCl2 yn cael eu hadweithio â dŵr i gynhyrchu siloxanes. Yna caiff y siloxanau eu polymeru i ffurfio polymerau silicon. Gellir cynnal y broses gan ddefnyddio amrywiaeth o gatalyddion, gan gynnwys asidau fel HCl neu fasau fel NaOH.

Priodweddau Silicôn: Cryf, Gwrth-ddŵr, ac Insiwleiddio Trydanol

Mae gan siliconau ystod eang o briodweddau, yn dibynnu ar y grwpiau organig sydd ynghlwm wrth yr atomau silicon a hyd y cadwyni polymer. Mae rhai o briodweddau siliconau yn cynnwys:

• Cryf a gwydn
• Yn gwrthsefyll dŵr
• Inswleiddio'n drydanol
• Yn gwrthsefyll tymereddau uchel ac isel
• Anadweithiol yn gemegol
• Biocompatible

Defnyddir siliconau mewn ystod eang o gymwysiadau, gan gynnwys:

• Seliau a gludyddion
• Ireidiau a haenau
• Dyfeisiau meddygol a mewnblaniadau
• Inswleiddiad trydanol a byrddau cylched
• Cydrannau modurol ac awyrofod
• Cynhyrchion gofal personol a cholur

Y Gwahaniaethau Rhwng Silicônau a Pholymerau Eraill

Mae siliconau yn wahanol i bolymerau eraill mewn sawl ffordd:

• Mae'r uned ailadrodd mewn siliconau yn siloxane, tra bod gan bolymerau eraill unedau ailadrodd gwahanol.
• Mae'r bond silicon-ocsigen mewn siloxane yn gryfach na'r bond carbon-carbon mewn polymerau eraill, sy'n rhoi eu priodweddau unigryw i siliconau.
• Mae siliconau yn fwy ymwrthol i dymheredd uchel ac isel na pholymerau eraill.
• Mae siliconau yn fwy gwrthsefyll dŵr na pholymerau eraill.

Dyfodol Silicôn: Ymchwil Uwch a Chynhyrchion Newydd

Mae'r defnydd o siliconau yn parhau i dyfu, ac mae cynhyrchion newydd yn cael eu datblygu drwy'r amser. Mae rhai o'r meysydd ymchwil uwch mewn siliconau yn cynnwys:

• Datblygu catalyddion newydd ar gyfer polymerization siloxanes
• Y defnydd o asetadau silyl a chyfansoddion eraill i addasu priodweddau siliconau
• Y defnydd o adweithiau catalyzed asid a sylfaen i gynhyrchu mathau newydd o bolymerau silicon
• Defnyddio polymerau silicon wrth ffurfio gwydr a deunyddiau eraill

Mae'r term "siliconau" yn parhau i fod yn derm cyffredin a ddefnyddir i ddisgrifio amrywiaeth eang o ddeunyddiau sy'n seiliedig ar silicon, ac mae priodweddau'r deunyddiau hyn yn parhau i gael eu harchwilio a'u deall.

O Dywod i Silicôn: Y Broses Gyfareddol o Gynhyrchu Silicôn

Mae silicon yn bolymer a ddefnyddir yn helaeth mewn gwahanol ffurfiau a chynhyrchion. Mae'r broses o gyflawni'r ffurfiau dymunol o silicon yn cynnwys cyfres o gamau sy'n gofyn am y deunyddiau a'r blociau adeiladu cywir. Dyma'r cydrannau a'r camau sy'n rhan o'r broses gynhyrchu:

• Silicon: Prif floc adeiladu silicon yw silicon, sef un o elfennau mwyaf cyffredin y ddaear. Mae'n cael ei ynysu trwy falu tywod cwarts a rhoi gwres iddo, gan gyrraedd tymereddau hyd at 2000 gradd Celsius.

• Methyl Clorid: Mae silicon yn gymysg â methyl clorid, a elwir yn gyffredin fel cloromethan. Mae'r adwaith hwn yn cynhyrchu clorosilane, sy'n ganolradd allweddol wrth gynhyrchu silicon.

• Gwresogi: Yna caiff y clorosilane ei gynhesu i ffurfio dimethyldichlorosilane, sy'n rhagflaenydd i silicon. Mae'r broses hon yn cynnwys rhoi gwres ar y cymysgedd, sy'n actifadu'r adwaith ac yn tynnu asid hydroclorig.

• Prosesu Polymer: Yna caiff y dimethyldichlorosilane ei gymysgu â dŵr i ffurfio polymer. Gellir prosesu'r polymer hwn ymhellach i gyflawni gwahanol fathau o silicon, megis elastomers, a ddefnyddir yn gyffredin wrth weithgynhyrchu cynhyrchion rwber.

Pwysigrwydd Rheoli Ansawdd wrth Gynhyrchu Silicôn

Mae cynhyrchu silicon yn gofyn am lefel uchel o reolaeth ansawdd i sicrhau bod y cynnyrch terfynol yn bodloni'r safonau gofynnol. Mae angen i weithgynhyrchwyr sicrhau bod y cydrannau cywir yn cael eu defnyddio yn y broses gynhyrchu a bod y broses yn cael ei chynnal o dan yr amodau cywir. Dyma rai o'r ffactorau y mae angen i weithgynhyrchwyr eu hystyried:

• Tymheredd: Mae angen tymheredd uchel ar y broses gynhyrchu, a all effeithio ar ansawdd y cynnyrch terfynol. Mae angen i weithgynhyrchwyr sicrhau bod y tymheredd yn cael ei reoli'n ofalus i atal unrhyw ddifrod i'r silicon.

• Ynysu'r Cyfrol: Mae'r broses gynhyrchu yn cynnwys ynysu cyfaint yr adwaith i sicrhau bod y swm cywir o silicon yn cael ei gynhyrchu. Mae hyn yn gofyn am fonitro a rheoli'r adwaith yn ofalus.

• Croesgysylltu: Mae angen croesgysylltu rhai mathau o silicon i gyflawni'r priodweddau dymunol. Mae hyn yn golygu bondio'r cadwyni polymer gyda'i gilydd i greu defnydd cryfach.

Y Ffurfiau Cyffredin o Silicôn yn y Farchnad

Mae silicon i'w gael yn gyffredin mewn amrywiaeth o gynhyrchion, o offer cegin i ddyfeisiau meddygol. Dyma rai o'r mathau mwyaf cyffredin o silicon yn y farchnad:

• Silicôn Dwysedd Isel: Defnyddir y math hwn o silicon yn gyffredin wrth weithgynhyrchu selio a gludyddion.

• Elastomers: Defnyddir y rhain yn gyffredin wrth weithgynhyrchu cynhyrchion rwber, megis gasgedi ac O-rings.

• Silicôn Tymheredd Uchel: Defnyddir y math hwn o silicon mewn cymwysiadau sydd angen ymwrthedd tymheredd uchel, megis yn y diwydiant awyrofod.

Cemeg Silicôn: Archwilio Priodweddau a Ffurfiant y Deunydd Amlbwrpas hwn

Mae silicon yn ddeunydd synthetig sy'n cynnwys atomau silicon, ocsigen, carbon a hydrogen. Mae'n fath o bolymer, sy'n golygu ei fod yn cynnwys cadwyni hir o foleciwlau sy'n cael eu ffurfio trwy broses o'r enw polymerization. Mae silicon fel arfer yn cael ei ffurfio trwy ddull o'r enw hydrolysis, sy'n golygu adweithio cyfansoddion silicon â dŵr i gynhyrchu siloxanau.

Cemeg Siloxanes a Pholymerau Silicôn

Siloxanau yw blociau adeiladu polymerau silicon. Maent yn cael eu ffurfio trwy adwaith cyfansoddion silicon â dŵr, sy'n cynhyrchu cadwyn o atomau silicon ac ocsigen bob yn ail. Gellir addasu'r gadwyn siloxane sy'n deillio o hyn ymhellach trwy ychwanegu grwpiau organig, megis grwpiau methyl neu ffenyl, i gynhyrchu amrywiaeth eang o bolymerau silicon.

Un o'r polymerau silicon mwyaf cyffredin yw polydimethylsiloxane (PDMS), sy'n cael ei ffurfio trwy ychwanegu grwpiau methyl i'r gadwyn siloxane. Mae PDMS yn solid crisialog caled, brau gyda llewyrch metelaidd llwydlas, ac mae'n aelod o grŵp 14 yn y tabl cyfnodol. Mae'n fath o silicon a ddefnyddir yn gyffredin wrth gynhyrchu cylchedau electronig a chynhyrchion eraill sydd angen deunydd cryf sy'n gwrthsefyll dŵr.

Priodweddau Silicôn a'i Ddefnyddiau Cyffredin

Mae gan silicon nifer o briodweddau unigryw sy'n ei gwneud yn ddeunydd poblogaidd ar gyfer amrywiaeth eang o gymwysiadau. Mae rhai o briodweddau allweddol silicon yn cynnwys:

• Sefydlogrwydd thermol uchel
• Gwrthiant dwr
• Gwenwyndra isel
• Priodweddau insiwleiddio trydanol da
• Athreiddedd nwy uchel

Mae'r priodweddau hyn yn gwneud silicon yn ddeunydd poblogaidd ar gyfer amrywiaeth eang o gynhyrchion, gan gynnwys:

• Dyfeisiau meddygol
• Rhannau modurol
• Cydrannau electronig
• Seliau a gludyddion
• Cynhyrchion gofal personol

Dyfodol Cynhyrchu a Datblygu Silicôn

Mae cynhyrchu a datblygu silicon yn parhau i fod yn faes ymchwil gweithredol i gemegwyr a gwyddonwyr deunyddiau. Mae dulliau newydd ar gyfer cynhyrchu polymerau silicon yn cael eu cynnig a'u profi, gan gynnwys defnyddio ceton ac asetadau silyl yn y broses polymerization. Wrth i bolymerau silicon newydd gael eu datblygu, maent yn debygol o ddod o hyd i gymwysiadau newydd mewn amrywiaeth eang o ddiwydiannau a chynhyrchion.

Cymwysiadau Amlbwrpas Silicôn

Mae silicon yn gynhwysyn hanfodol mewn amrywiaeth o gynhyrchion a deunyddiau a ddefnyddir yn y sectorau adeiladu a diwydiannol. Mae ei allu i wrthsefyll tymereddau uchel ac isel, gwrthsefyll cemegau ac olewau, ac aros yn sefydlog o dan amodau eithafol yn ei wneud yn ddeunydd rhagorol ar gyfer ystod o gymwysiadau, gan gynnwys:

• Haenau a gludyddion
• ynysyddion a llenwyr (dyma sut i ddefnyddio'r rhai cywir)
• Ireidiau a gerau injan modurol
• Olewau arbenigol a chynhyrchion gorffen
• Deunyddiau gwydro a gorffen

Diwydiannau Electroneg ac Awyrofod

Mae siliconau hefyd yn cael eu defnyddio'n gyffredin yn y diwydiannau electroneg ac awyrofod oherwydd eu priodweddau unigryw, gan gynnwys:

• Inswleiddiad effeithiol ac ymwrthedd i dymheredd uchel a chemegau
• Y gallu i lenwi bylchau a darparu clustog ar gyfer cydrannau cain
• Perfformiad sefydlog a hirhoedlog mewn amgylcheddau eithafol

Cymwysiadau Meddygol a Chosmetig

Mae gel silicon yn gynhwysyn pwysig mewn cynhyrchion meddygol a chosmetig oherwydd ei fio-gydnawsedd uchel a'i allu i ddynwared priodweddau meinwe ddynol. Mae rhai defnyddiau penodol yn cynnwys:

• Mewnblaniadau bronnau, mewnblaniadau ceilliau, a mewnblaniadau pectoral
• Rhwymynnau a gorchuddion
• Lensys cyswllt
• Triniaethau craith a chynhyrchion gofal clwyfau

Cymwysiadau Arbenig

Defnyddir silicon hefyd mewn amrywiaeth o gymwysiadau arbenigol, gan gynnwys:

• Cynhyrchu rwber a resin
• Microfluidics a chydrannau manwl uchel eraill
• Cynhyrchion diwydiant olew a nwy
• Gludyddion effeithiol a pharhaol

Dyfodol Cymwysiadau Silicôn

Wrth i dechnoleg a thechnegau prosesu barhau i symud ymlaen, bydd yr ystod o gymwysiadau silicon yn parhau i dyfu. O ddatblygu deunyddiau a chyfansoddion newydd i ddylunio rhannau a strwythurau penodol, bydd silicon yn parhau i fod yn gynhwysyn hanfodol mewn amrywiaeth eang o gynhyrchion a diwydiannau.

Pam mae Silicôn yn Ddewis Diogel sy'n Gyfeillgar i'r Amgylchedd

Mae silicon yn ddewis poblogaidd ar gyfer llawer o gynhyrchion oherwydd ei nodweddion diogelwch. Dyma rai rhesymau pam:

• Dim Ffthalatau: Cemegau yw ffthalatau sydd i'w cael yn gyffredin mewn plastigion a gallant fod yn niweidiol i iechyd pobl. Nid yw silicon yn cynnwys ffthalatau, gan ei wneud yn ddewis mwy diogel i blastig.
• Na BPA: Mae Bisphenol A (BPA) yn gemegyn arall a geir mewn plastigion a all gael effeithiau negyddol ar iechyd. Mae silicon yn rhydd o BPA, gan ei wneud yn opsiwn iachach ar gyfer storio a choginio bwyd.
• Health Canada Cymeradwy: Mae Health Canada wedi ystyried bod silicon gradd bwyd yn ddiogel ar gyfer coginio a storio bwyd. Nid yw'n adweithio â bwyd neu ddiodydd, gan ei wneud yn ddewis diogel ar gyfer defnydd cegin.

Ystyriaethau Amgylcheddol

Mae silicon nid yn unig yn ddiogel i bobl, ond mae hefyd yn ddewis sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd. Dyma pam:

• Gwydn: Mae silicon yn ddeunydd gwydn a all bara am flynyddoedd, gan leihau'r angen am ailosod a gwastraff yn aml.
• Ailgylchadwy: Gellir ailgylchu silicon, gan leihau ei effaith ar yr amgylchedd.
• Gwenwyndra Isel: Mae silicon yn ddeunydd gwenwyndra isel, sy'n golygu nad yw'n rhyddhau cemegau niweidiol i'r amgylchedd wrth gynhyrchu neu waredu.

Silicôn yn erbyn plastig: Pa un yw'r dewis amgen gorau?

Mae silicon a phlastig yn ddau fath o ddeunyddiau a ddefnyddir yn gyffredin mewn amrywiol ddiwydiannau. Mae plastig yn ddeunydd traddodiadol sydd wedi'i ddefnyddio ers degawdau, tra bod silicon yn gyfansoddyn cymharol newydd sydd wedi ennill poblogrwydd yn y blynyddoedd diwethaf. Mae gan y ddau ddeunydd eu priodweddau a'u defnyddiau unigryw eu hunain, ond mae rhai gwahaniaethau pwysig rhyngddynt.

Gwahaniaeth mewn Priodweddau

Un o'r prif wahaniaethau rhwng silicon a phlastig yw'r ffordd y cânt eu cynhyrchu. Cynhyrchir silicon o silicon, elfen sefydlog sy'n digwydd yn naturiol, tra bod plastig yn cael ei wneud o gyfansoddion synthetig. Mae hyn yn golygu bod gan silicon rai priodweddau nad oes gan blastig, megis bod yn fwy gwydn a gwrthsefyll gwres. Gall silicon wrthsefyll tymereddau uwch na phlastig, gan ei wneud yn ddelfrydol i'w ddefnyddio mewn offer coginio a phobi.

Tebygrwydd a Gwahaniaethau mewn Siâp a Llwyddiant

Er bod silicon yn fwy gwydn na phlastig, nid yw mor hyblyg. Ni ellir ei fowldio i wahanol siapiau fel can plastig. Fodd bynnag, gellir mowldio silicon i amrywiaeth o siapiau, gan ei wneud yn ddewis poblogaidd ar gyfer offer ac offer cegin. Mae plastig hefyd yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin ar gyfer offer ac offer cegin, ond nid yw mor wydn â silicon.

Diogelwch ac Eiddo Trydanol

Mae silicon hefyd yn adnabyddus am ei nodweddion diogelwch a thrydanol. Mae'n ddeunydd nad yw'n wenwynig nad yw'n rhyddhau cemegau niweidiol wrth ei gynhesu, gan ei wneud yn ddiogel i'w ddefnyddio wrth goginio a phobi. Mae hefyd yn ynysydd trydanol da, sy'n ei wneud yn ddelfrydol i'w ddefnyddio mewn offer trydanol. Gall plastig, ar y llaw arall, ryddhau cemegau niweidiol wrth eu gwresogi, gan ei gwneud yn opsiwn llai diogel ar gyfer coginio a phobi.

Glanhau a Chynnal a Chadw

O ran glanhau a chynnal a chadw, mae gan silicon a phlastig rai tebygrwydd a gwahaniaethau. Gellir glanhau'r ddau ddeunydd mewn peiriant golchi llestri, ond mae silicon yn fwy gwydn a gall wrthsefyll tymereddau uwch. Gall plastig ystof a thoddi mewn tymheredd uchel, gan ei wneud yn llai gwydn na silicon.

Casgliad

Felly, mae silicon yn ddeunydd wedi'i wneud o silicon ac ocsigen, ac fe'i defnyddir ar gyfer llawer o bethau. 

Gallwch weld pam ei fod mor boblogaidd nawr, na allwch chi? Felly, peidiwch â bod ofn gofyn cwestiynau os nad ydych chi'n siŵr am rywbeth. Gallwch chi bob amser ofyn i ffrind am help. 

A pheidiwch ag anghofio edrych ar ein canllaw i gael mwy o wybodaeth am silicon.

Joost Nusselder ydw i, sylfaenydd Tools Doctor, marchnatwr cynnwys, a thad. Rwyf wrth fy modd yn rhoi cynnig ar offer newydd, ac ynghyd â fy nhîm rwyf wedi bod yn creu erthyglau blog manwl ers 2016 i helpu darllenwyr ffyddlon gydag offer ac awgrymiadau crefft.