عند شحن الهاتف المحمول، يمكن التحكم في درجة حرارة الغلاف الخارجي؛ وحتى بعد مرور عشر سنوات من استخدامها، تظل مادة الأختام المستخدمة في الأجهزة المنزلية فعالةً دون أن تفقد خصائصها؛ كما تعمل بطاريات السيارات ذات الطاقة الجديدة بثبات في ظروف درجات الحرارة العالية والمنخفضة... إن تحقيق هذه السيناريوهات جميعًا لا يُمكن بدون مادة رئيسية هي السيليكون العضوي. يتمتع السيليكون العضوي بمرونة المطاط وسهولة معالجته مثل البلاستيك، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات الإلكترونيات والسيارات والبناء والفضاء، بفضل خصائصه الأساسية الثلاث: التوصيل الحراري والعزل الكهربائي ومقاومة الشيخوخة. اليوم، سنقوم بتحليل المزايا الأساسية لأداء السيليكون العضوي ونستكشف الأسباب وراء تميز أدائه.

أولاً: عازل للحرارة وغير موصل للكهرباء: «حامي التبريد» للأجهزة الإلكترونية

في عصر تزايد صغر حجم الأجهزة الإلكترونية وارتفاع قدرتها، يُعدّ التبريد من أبرز المشكلات التقنية الأساسية. إذ يجب على الأجهزة أن تُخرج بشكل فوري الحرارة الناتجة عن عمل المكونات، لتجنب ارتفاع درجة الحرارة الذي قد يؤدي إلى تعطل الجهاز أو تلفه، وفي الوقت نفسه، يجب ضمان عزل المواد لمنع خطر حدوث ماس كهربائي. ويلبي السيليكون العضوي هذه الحاجة الأساسية بشكل مثالي.

السبب وراء قدرة السيليكون العضوي على توصيل الحرارة دون توصيل الكهرباء يكمن في بنيته الجزيئية الفريدة وتقنيات التعديل الخاصة به. من الناحية الهيكلية الأساسية، تتكون السلسلة الرئيسية للسيليكون العضوي من روابط سيلوكسي التي تترابط فيها ذرات السيليكون وذرات الأكسجين بالتناوب؛ هذه البنية ذاتها تتمتع بخصائص عزل ممتازة، إذ يصعب على الإلكترونات التحرك عبر السلسلة الجزيئية، وبالتالي لا تحدث توصيل كهربائي. أما تحقيق أداء التوصيل الحراري، فيعتمد على تعديل التعبئة: إذ يتم إدخال مواد تعبئة غير عضوية موصلة للحرارة مثل أكسيد الألومنيوم ونتريد البورون وكربيد السيليكون في المصفوفة السيليكونية العضوية، مما ينشئ مسارًا متواصلًا للتوصيل الحراري، بحيث تنتقل الحرارة بسرعة من المناطق ذات درجة الحرارة العالية إلى المناطق ذات درجة الحرارة المنخفضة.

الأهم من ذلك، يتمتع السيليكون العضوي بمرونة جيدة وملاءمة عالية؛ فالسيليكون العضوي المعدل لتحسين التوصيل الحراري (مثل وسادات السيليكون الموصل للحرارة والمواد الغراء الموصلة للحرارة) يمكنه الالتصاق بشكل محكم بسطح المكونات الإلكترونية غير المستوي، مما يقضي على الهواء الموجود في فجوات التبريد (والذي يعد موصلًا ضعيفًا للحرارة)، وبالتالي يعزز بشكل كبير كفاءة التبديد الحراري. تُعدّ وسادات السيليكون الموصلة للحرارة بين رقائق الهاتف والمشتت الحراري، وكذلك المواد الغراء الموصلة للحرارة المستخدمة في حزم بطاريات السيارات ذات الطاقة الجديدة، من التطبيقات النموذجية لهذه المواد، حيث تضمن في الوقت نفسه السلامة العازلة والفعالية في التبديد الحراري.

ثانياً: أداء عزل ممتاز: ضمان العزل الأساسي في البيئات ذات الجهد العالي

بالإضافة إلى الأجهزة الإلكترونية، في مجالات مثل الطاقة ذات الجهد العالي والنقل بالسكك الحديدية والفضاء والطيران، يُعدّ «العزل» مطلبًا أساسيًا لضمان التشغيل المستقر للمعدات، وتُعتبر خصائص العزل الخاصة بسيليكون العضوي «معيارًا صناعيًا».

تنبع هذه الأداء أيضًا من خصوصية بنيتها الجزيئية. تبلغ طاقة رابطة السيليكون-الأكسجين في السلسلة الرئيسية للسيليكون العضوي ما يصل إلى 443.5 كيلوجول/مول، وهي أعلى بكثير من طاقة رابطة الكربون-الكربون البالغة 345.6 كيلوجول/مول، مما يجعل بنيتها مستقرة بشكل استثنائي ولا يسهل تدميرها بفعل العوامل الخارجية. وفي الوقت نفسه، فإن المجموعات العضوية مثل الميثيل الموجودة على سلسلة جزيئات السيليكون العضوي تتمتع بخصائص طاردة للماء، ما يسمح لها بصدّ الرطوبة بشكل فعّال—والرطوبة هي عامل مهم يؤدي إلى انخفاض أداء العزل، خاصة في البيئات الرطبة. وبفضل ذلك، يحافظ السيليكون العضوي على مقاومة عزل ثابتة، متجنبًا مشكلات مثل التسرب الكهربائي والانفجار الكهربائي.

بالإضافة إلى ذلك، تتمتع السيليكون العضوي بخصائص ممتازة في مقاومة الأقواس الكهربائية والتأيين الكهربائي. وفي ظروف التفريغ عالي الجهد، لا يميل إلى التكربن أو التحلل بسهولة، بل يكوّن طبقة واقية مستقرة تحمي من تآكل الأقواس الكهربائية. وتُستخدم مواد السيليكون العضوي على نطاق واسع في عوازل خطوط نقل الطاقة ذات الجهد العالي، والطلاء العازل للفائف المحركات، وبدائل زيوت العزل للمحولات، وغيرها. وحتى في ظروف التشغيل طويلة الأمد التي تتسم بالجهد العالي والحرارة العالية، فإن هذه المواد تظل قادرة على ضمان استقرار العزل وتقليل مخاطر حدوث الأعطال.

ثالثًا: مقاومة ممتازة للشيخوخة: الخيار المستقر للاستخدام في البيئات القاسية

تتعرض معظم المواد، في ظروف التعرض المكشوف للأشعة الشمسية، والتناوب بين درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والتآكل الكيميائي، لمشاكل مثل التشقق والتصلب والضعف بسبب الشيخوخة. أما السيليكون العضوي، فلا يزال قادراً على الحفاظ على استقرار أدائه لفترة طويلة، وهذا من المزايا الجوهرية التي تميزه عن المطاط والبلاستيك العاديين.

تعود قدرة السيليكون العضوي على مقاومة الشيخوخة في جوهرها إلى بنيته الثابتة من روابط السيلوكسجين. فمن ناحية، تجعل روابط السيلوكسجين القوية من الصعب تحللها بواسطة الأشعة فوق البنفسجية والأكسجين والأوزون، مما يمنع «شيخوخة الضوء» و«شيخوخة الأكسجين» للمواد. ومن ناحية أخرى، تتمتع سلاسل جزيئات السيليكون العضوي بمرونة جيدة، بحيث لا تصبح هشةً أو تنكسر حتى في درجات حرارة منخفضة تصل إلى -50℃، كما أنها لا تذوب أو تتحلل عند درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 200℃، مما يجعلها قادرةً على التكيف مع نطاق واسع من التغيرات الحرارية.

بالإضافة إلى ذلك، يتمتع السيليكون العضوي بمقاومة ممتازة للتآكل الكيميائي، حيث يمكنه الصمود أمام التآكل الناتج عن الوسائط القاسية مثل الأحماض والقلويات ورذاذ الملح. فالمواد المانعة للتسرب المستخدمة في الواجهات الخارجية للمباني، رغم تعرضها الدائم لأشعة الشمس والرياح والأمطار والثلوج، لا تزال تحافظ على خصائص إحكام جيدة لفترة طويلة. كما أن الأجزاء المصنوعة من السيليكون العضوي داخل حجرات محركات السيارات، في ظروف درجات الحرارة العالية والتلوث بالزيوت، يمكن أن تدوم لسنوات عديدة، بل وحتى لعشرات السنين. أما مواد السيليكون العضوي المستخدمة في المعدات الفضائية، فتظل تعمل بثبات في ظروف الفراغ والإشعاع الشديد، مما يضمن موثوقية تشغيل المعدات.

اليوم، ومع التقدم المستمر في التكنولوجيا، يتجه السيليكون العضوي نحو تحسين كفاءة التوصيل الحراري، وزيادة مقاومته للبيئات القاسية، وتحقيق مزيد من الصداقة للبيئة، مع استمرار توسيع نطاق تطبيقاته. بدءًا من الهواتف والأجهزة المنزلية التي نستخدمها يوميًا، وصولًا إلى سيارات الطاقة الجديدة ومحطات شبكات الجيل الخامس، وحتى مجالات الطيران والفضاء والاستكشاف في أعماق البحار، يلعب السيليكون العضوي دورًا مهمًا في كل هذه المجالات.