פולימתיל סילאן (PMS)הוא פולימר אורגני סיליקון חשוב בעל מבנה ייחודי ותכונות ייחודיות. הוא נמצא בשימוש נרחב במבשרי קרמיקה, חומרים עמידים ל-טמפרטורות- גבוהות, מוליכים למחצה ויישומי חומרים מתקדמים אחרים.

תהליכי סינתזה של פולימתיל סילאן (PMS)

1. פילמור תרמי

חומרי גלם:
מתילכלורוסילאנים (למשל, (CH₃)SiHCl₂) או מתילסילאנים (למשל, (CH₃)SiH₃).

תַהֲלִיך:
תחת הגנה של אטמוספרה של גז אינרטי (כגון חנקן או ארגון), מונומרים של סילאן עוברים דה-הידרוגנציה ופולי עיבוי בטמפרטורות גבוהות (200-400 מעלות) ליצירת שרשראות פולימריות.

מאפיינים:
התהליך פשוט יחסית אך מצריך בקרת טמפרטורה קפדנית כדי למנוע תגובות לוואי, כגון חיבור מוגזם או פחממה.

2. פילמור קטליטי

זרזים:
זרזים נפוצים כוללים מתכות מעבר (כגון פלטינה ופלדיום) וחומצות לואיס (כגון AlCl₃).

תנאי תגובה:
התגובה מתבצעת בטמפרטורות נמוכות יחסית (80-150 מעלות), כאשר הזרז מקדם את הצימוד הדהידרוגנטיבי של מונומרים של סילאן.

יתרונות:
שיטה זו מציעה תנאי תגובה מתונים וחלוקת משקל מולקולרית ניתנת לשליטה. עם זאת, נדרש טיפול לאחר-להסרת שאריות זרז.

3. פוטופולימריזציה או פילמור פלזמה

שיטה זו משתמשת באור אולטרה סגול (UV) או פלזמה כדי להתחיל פילמור-רדיקלי חופשי של מונומרים של סילאן.

יישומים:
הוא מתאים במיוחד להכנת סרטים דקים וחומרי ציפוי בשל יכולתו המהירה -ליצירת סרטים.

4. שינוי מקדים

על ידי הכנסת קבוצות פונקציונליות אחרות (כגון קבוצות פניל ​​או ויניל) או קופולימריזציה עם סילאנים אחרים, ניתן להתאים ולמטב את היציבות התרמית, התפוקה הקרמית ותכונות אחרות של PMS.

יישומים של פולימתיל סילאן (PMS)

1. מבשרי קרמיקה

קרמיקה סיליקון קרביד (SiC):
ניתן להמיר PMS לקרמיקת SiC באמצעות פירוליזה-בטמפרטורה גבוהה (1000-1500 מעלות). קרמיקה זו משמשת ברכיבים מבניים עמידים ל-טמפרטורות- גבוהות, בחיפוי דלק גרעיני ויישומים תובעניים אחרים.

2. ציפויים עמידים-בטמפרטורה-גבוהים

ניתן ליישם פתרונות PMS על משטחי מתכת או קרמיקה. לאחר טיפול- בטמפרטורה גבוהה, נוצרים ציפויי SiC/Si₃N₄ עמידים לחמצון- ועמידים בפני קורוזיה, מה שהופך אותם למתאימים ליישומי תעופה וחלל וציוד אנרגיה.

3. חומרים מוליכים למחצה

כמבשר לסרטים דקים על בסיס-פחמן-סיליקון, PMS משמש לייצור שכבות בידוד או פסיביות במכשירי מוליכים למחצה. ניתן להתאים את התכונות החשמליות שלו באמצעות סימום עם אלמנטים כמו בורון או זרחן.

4. חיזוק חומר מרוכב

ניתן לשלב PMS עם סיבי פחמן או סיבי קרמיקה כדי לייצר חומרים מרוכבים בעלי ביצועים גבוהים- עם חוזק מכני משופר ועמידות בחום.

5. מכשירים אופטואלקטרוניים

ניתן להשתמש בנגזרות PMS בפוטו-רזיסטים ובציפויים אופטיים, שם הם ממלאים תפקיד חשוב בייצור מיקרו-אלקטרוניקה.

III. אתגרים טכנולוגיים ומגמות פיתוח

1. אתגרים

השליטה במשקל המולקולרי במהלך הסינתזה נותרה קשה, ולעתים קרובות גורמת להסתעפות או למבנים צולבים.

התפוקה הקרמית במהלך פירוליזה-בטמפרטורה גבוהה דורשת שיפור נוסף.

זרזים שיוריים עשויים להשפיע לרעה על תכונות החומר הסופי.

2. מגמות התפתחות

פיתוח מערכות קטליטיות חדשות, כגון זרזים אורגנו-מתכתיים, להשגת בקרת פילמור מדויקת יותר.

שילוב PMS עם טכנולוגיות הדפסה תלת מימדיות לייצור ישיר של רכיבים קרמיים מורכבים.

בחינת היישום של PMS בטכנולוגיות אנרגיה מתפתחות, כגון אנודות סוללת ליתיום-יון.

מַסְקָנָה

עם יכולת ההמרה הקרמית המעולה שלה ויכולת העיבוד הטובה שלה,פולימתיל סילאן (PMS)תופסת עמדה שאין לה תחליף בתחום החומרים המתקדמים. ככל שטכנולוגיות הסינתזה ממשיכות להשתפר ויישומים חדשים צצים, הפוטנציאל שלה בהגנה על-טמפרטורה גבוהה, אחסון אנרגיה ומיקרו-אלקטרוניקה צפוי להתממש עוד יותר.