Silikoonkummi (nagu kõrgel -temperatuuril vulkaniseeritud silikoonkummi, toatemperatuuril -vulkaniseeritud silikoonkummi ja vedelkummi) kasutatakse laialdaselt elektroonikapakendites, lennukite tihendamiseks ja autotööstuses tänu selle suurepärastele omadustele, sealhulgas ilmastikukindlus, elektriisolatsioon ning kõrge ja madala{2}}temperatuurikindlus. Kuid temperatuuridel 250 kraadi ja kõrgemal on silikoonkumm termiliselt oksüdatiivse lagunemise suhtes vastuvõtlik, mis põhjustab polümeeri ahela katkemist ja ripatsirühmade eraldumist. Sellega kaasneb väikeste molekulide lendumine ja ristsiduvate struktuuride hävimine-, mille tulemuseks on kaalulangus ja mehaaniliste omaduste vähenemine, mis piirab oluliselt selle kasutusiga äärmuslikes töötingimustes. Silikoonkummi kõrgel temperatuuril{8}}stabiilsuse parandamine on muutunud materjalide uurimise valdkonnas kuumaks teemaks.
Nano-titaandioksiid (TiO₂) võib oma termilise stabiilsuse, keemilise inertsuse ja nano{1}}efekti tõttu olla silikoonkummi funktsionaalse lisandi ja täiteainena. Nende hulgas on aurufaasi meetodil valmistatud nano-titaandioksiidil NT-50 laialdased kasutusvõimalused silikoonkummis tänu selle väikesele osakeste suurusele, heale hajutatavusele ja suurele pinnaaktiivsusele.
Tehnikud valisid välja kolm tüüpilist silikoonkummi: kõrge{0}}temperatuuri, toatemperatuuri-ja vedeliku. Nad valmistasid eksperimentaalsed proovid, millele oli lisatud 1,5% NT-50, ja tühjad proovid ilma nano-TiO₂ta. Kõiki proove hoiti 250 kraadi juures ja neid kaaluti perioodiliselt. Arvutati kaalu säilitamine (kaalu säilimine=kaal pärast soojuse salvestamist / algkaal × 100%) ja koostati kõver, mis kujutas kaalu säilimist ja soojuse säilitamise päevade sõltuvust.
Ilma NT-50ta silikoonkummi kaalu säilivuskõveral oli toatemperatuuril kummil 7 päeva pärast kaalulangus üle 40% ja kummisegu oli pulbristatud, mistõttu katse lõpetati. Kõrge temperatuuriga kummi ja vedela kummi kaalukaotus oli aga 21 päeva pärast 50% ja kummisegu oli pulbristatud, mistõttu katse lõpetati.
1,5% NT-50 sisaldava silikoonkummi kaalu säilitamise kõveras oli toatemperatuuril, kõrgel temperatuuril ja vedelal silikoonkummi kaalulangus 7 päeva pärast alla 5% ja isegi 60 päeva pärast ei ületanud see 15%. Kõigi kolme tüüpi silikoonkummi kaalu säilitamine püsis 60-päevase perioodi jooksul üle 85%, mis näitab, et NT-50 lisamine pärssis tõhusalt termilist oksüdatiivset lagunemist ja parandas oluliselt silikoonkummi stabiilsust kõrgel temperatuuril.
NT-50 parandab silikoonkummi stabiilsust kõrgel temperatuuril kolmel peamisel viisil:
Füüsikaline barjääriefekt: Nano{0}}TiO₂ osakesed moodustavad silikoonkummist maatriksis tiheda võrgu, mis ühelt poolt blokeerib agressiivsete ainete, nagu hapniku ja veeauru, läbitungimise, vähendades termilisi oksüdatsioonireaktsioone; teisest küljest pärsib see silikoonkummi termilisel lagunemisel tekkivate väikeste molekulide lendumist, vähendades seeläbi kaalukaotust.
Vabade radikaalide püüdmine: pooljuhtmaterjalina püüavad nano{0}}TiO₂ pinnaelektronipaarid kinni termilisel lagunemisel tekkinud vabu radikaale, lõpetades vabade radikaalide ahelreaktsiooni ja inhibeerides põhimõtteliselt materjali oksüdatiivset lagunemist.
Optimeeritud soojusjuhtivus: nano-TiO₂ kõrge soojusjuhtivus parandab soojusjaotuse ühtlust silikoonkummis, vähendades lokaalsest ülekuumenemisest põhjustatud kiirenenud lagunemist, võimaldades tõhusamat soojuse hajumist ja aeglustades üldist termilist vananemisprotsessi.
Nano-titaandioksiid NT-50 pärsib tõhusalt silikoonkummi termilist oksüdatiivset lagunemist kõrgel temperatuuril, pakkudes elujõulist lahendust selle kasutusea pikendamiseks äärmuslikes keskkondades. Tööstusliku rakenduse vaatenurgast saab NT{5}}50 sisaldavat silikoonkummi veelgi laiendada piirkondadesse, mis nõuavad ranget kõrget-temperatuurikindlust, nagu lennukimootori tihendus, uue energiaga sõidukite akupakend ja soojuse hajumine kõrgekvaliteedilistes-elektroonilistes seadmetes. See käsitleb traditsioonilise silikoonkummi "vastuvõtlikkust kõrgel temperatuuril vananemisele", luues potentsiaalselt tõhusama termilise stabiilsuse süsteemi ja edendades silikoonkummist materjalide täiustamist kõrgema temperatuuri, töökindlamate ja kauem kestvate omaduste suunas, pakkudes põhilist materjalituge tipptasemel tootmise arendamiseks.
