Uurimistöö staatus: Tehnoloogilised läbimurded ja mitmekesised rakendused paralleelselt.
Silikoonmaterjalidest (polüsiloksaan ja selle derivaadid) on muutunud kaasaegse tööstuse "tööstuslikuks vitamiiniks" tänu nende kõrgele temperatuurile, ilmastikukindlusele, biosobivusele ja muudele omadustele. Viimastel aastatel on tööstus teinud märkimisväärseid edusamme alusuuringute, protsesside optimeerimise ja rakenduse stsenaariumi laiendamisel:
1. Sünteetilise protsessi uuendus rohelise katalüütilise süsteemi: asendage järk-järgult traditsioonilised väärismetallkatalüsaatorid (näiteks plaatina), arendage välja mittemetall- või madala toksiliste katalüsaatorite (näiteks ioonvedelikud, orgaanilised alused), vähendavad kulusid ja keskkonnariske. Pidev vooluprotsess: realiseerige hüdrosilülatsiooni reaktsiooni tõhusat pidevat tootmist mikroreaktoritehnoloogia kaudu, parandage ohutust ja saaki (näiteks Dow Corningi XIMETER® protsess).
2. Functionalized and high-performance special silicone materials: such as high-refractive-index silicone for LED packaging (refractive index>1,55), 5G millimeetri laine soojuspadjad (soojusjuhtivus kuni 5 w/m · k), isetervendavad silikooni elastomeerid jne Vabasta kandjad (näiteks silikoonipõhised hüdrogeelid).
3. Arenevad turud juhivad uut energiasektorit: räni-süsiniku negatiivsed elektroodimaterjalid (liitiumaku mahutavuse suurendamine), fotogalvaanilise mooduli hermeetikud (UV-vananemiskindlus> 25 aastat). Nutikad kantavad ja elastsed elektroonika: venitatavate andurite ja voltimise ekraaniga mobiiltelefonide jaoks kasutatakse venitatavate silikoonkummi (LSR). Andmetoetus: 2023. aastal ületab globaalne silikoonituru suurus 20 miljardit USA dollarit, Hiina tootmisvõimsus moodustab enam kui 60% (SAGSI andmed), kuid tipptasemel tooted sõltuvad endiselt impordist.
Piirangud: Tööstusahelas tehnilised kitsaskohad ja vastuolud on silmapaistvad.
Vaatamata kiirele arengule seisab tööstus endiselt silmitsi mitme väljakutsega:
1. Basic research lags behind. Insufficient molecular design theory: Lack of precise control of the dynamic behavior of siloxane segments leads to reliance on trial and error for optimizing material performance. Poor adaptability to extreme environments: Silicone materials that are resistant to ultra-high temperatures (>400 kraadi) või ülimadala temperatuurid (<-100°C) are still scarce.
2. Konflikt protsessi ja keskkonnakaitse vaheline raskused kõrvalsaaduste töötlemisel: hüdrolüüsi ja kondensatsioonireaktsioonid tekitavad HCl või alkoholi kõrvalsaadusi, millel on kõrged taastumiskulud (nt 0. 3 tonni jäätmehapet tonni kohta DMC kohta DMC kohta ). Süsinikuheite rõhk: monomeeri sünteesi energiatarbimine (nt otsene metüülklorosilaani meetod) on koguni 8, 000 kWh/tonn, mis raskendab "kahe süsiniku" eesmärkide saavutamist.
3. Struktuuriline tasakaalustamatus tööstusahelas ja ülemäärane tootmisvõime madalas otsas: selliste üldiste toodete, näiteks hermeetikute ehitamise mahutavuse määr on alla 70%, samas imporditud. Eelnevate ressursside piirangud: metalliliste räni toorainete hind kõigub suuresti tänu energiatarbimise topeltkontrollile. 2022. aastal põhjustasid Yunnani energiapiirangud ränihindade 50% -lise kasvu.
Tuleviku suund: roheline, intelligentsus ja stsenaariumi uuendus
Puldisekraami läbimurdumine nõuab keskendumist tehnoloogiauuendustele ja tööstuse koostööle:
1. Häiriv sünteesitehnoloogia biokatalüütiline rada: kasutage ensüümide katalüüsi siloksaani madala temperatuuriga sünteesi saavutamiseks (näiteks MIT välja töötatud silikooni süntaas). Plasma abil valmistatud ettevalmistamine: murrake läbi traditsioonilised termodünaamilised piirangud ja sünteesige otseselt funktsionaliseeritud polüsiloksaani.
2. suure jõudlusega materjali areng orgaaniliste-anorgaaniliste hübriidmaterjalide: näiteks silazaaniga modifitseeritud keraamiliste eellaste eelkäijatega (temperatuurikindlus> 600 kraadi), mida kasutatakse õhusõidukite mootori katteks. Intelligentsed reageerimismaterjalid: kerge/kuumus/magnetiline reageeriv silikoon, mida kasutatakse pehmetes robotites või adaptiivsetes optilistes seadmetes.
3. Ringmajandus ja digitaalne keemiline ringlussevõtutehnoloogia: Monomeeride pragunemise ja regenereerimise protsessi väljatöötamine silikoonist (näiteks Wacker Chemie's Simplicity® projekt). AI-juhitud tootmine: masinõppe kasutamine koostise kujundamise optimeerimiseks (näiteks Dow koostöö Google'iga, et töötada välja AI mudel elastomeeride jaoks).
4. Stsenaariumiinnovatsioon ja kosmosemajanduse piiriülene integreerimine: satelliidi painduvaks päikesepatarei kapseldamiseks kasutatakse kiirguskindlaid silikoone. Süsiniku neutraalsusega seotud tehnoloogiad: ränipõhised adsorbendid hõlmavad CO₂ (näiteks aminomodifitseeritud poorsed polüsiloksaanid).
Järeldus
Silikoonitööstus on kriitilises etapis alates "skaala laienemisest" kuni "väärtuse üleminekuni". Läbimurded nõuavad põhjalikku koostööd tööstuse, akadeemiliste ringkondade ja teadusuuringute vahel, mille tuumiks on roheline keemia ja digitaaltehnoloogia, et rekonstrueerida kogu tööstuskett molekulaarsest disainist ringlussevõtuni. Järgmise kümne aasta jooksul võib tööstusel olla esimene 100 miljardi tasemel silikooniettevõte, kuid läbimurre tehniliste kitsaskohtade valdkonnas on endiselt suurim vahepeal.
