السيليكا المدخنة: "الأداة الصناعية متعددة الاستخدامات" بين المواد النانوية
السيليكا المدخنة (السيليكا البيضاء في طور البخار) هي مادة غير عضوية على نطاق النانو يتم تصنيعها من خلال التحلل المائي عالي الحرارة للهالوسيلانات في لهب الهيدروجين والأكسجين. تتميز بحجم جسيمات صغير (يتراوح حجم الجسيمات الأولية من 7 إلى 40 نانومتر)، ومساحة سطحية كبيرة (100 - 400 متر مربع / جم)، ونشاط سطحي مرتفع. يمنحها هيكلها الشجري ثلاثي الأبعاد الفريد وشبكة الروابط الهيدروجينية خصائص "متعددة الاستخدامات" مثل التعزيز والتكثيف والتخثر ومقاومة الترسيب، مما يجعلها "البطل الخفي" للصناعة الحديثة.
أولا: الهيكل الأساسي ومزايا الأداء
- بنية الشبكة ثلاثية الأبعاد
يتم تشكيل السيليكا المدخنة عن طريق اندماج الجسيمات الأولية (7 - 40 نانومتر) في مجموعات (200 - 500 نانومتر)، والتي تشكل بعد ذلك تكتلات متكتلة من خلال الامتصاص الفيزيائي. يمكن تعطيل هذا الهيكل وإعادة تنظيمه تحت قوة القص، مما يضفي على المادة خاصية اللزوجة (على سبيل المثال، منع الترهل في الطلاءات والمواد اللاصقة).
يمكن لمجموعات السيلانول المتبقية (Si - OH) على سطح الجسيم أن تشكل روابط هيدروجينية أو تتفاعل مع المواد المعدلة. النوع غير المعدل المحب للماء (النوع أ) يذوب بسهولة في الماء، بينما النوع الكاره للماء (النوع ب)، بعد تعديله بالسيلازانات، وما إلى ذلك، يكون له زاوية تماس > 150 درجة، مما يجعله مناسبًا للأنظمة الزيتية.
مؤشر الشركات المحلية الرائدة (على سبيل المثال، Lianhong Xinke) الشركات الأوروبية والأمريكية (على سبيل المثال، Heraeus)
توزيع حجم الجسيمات ±3 نانومتر (تكنولوجيا التحكم الحاصلة على براءة اختراع) ±8 نانومتر
المساحة السطحية المحددة 200 - 300 متر مربع / جرام 150 - 220 متر مربع / جرام
تعديل السطح كراهية الماء في الموقع (زاوية التلامس > 150 درجة) كراهية الماء بعد المعالجة
السعر (يوان/طن) 25000 - 35000 80000 - 120000
II. تصنيف وسيناريوهات التطبيق
- النوع المحب للماء (النوع أ)
- التطبيقات: تعزيز المطاط السيليكوني (زيادة مقاومة التمزق بنسبة 30٪)، وتكثيف الطلاءات، وعامل مضاد للتكتل في الأغذية (لمسحوق الحليب / القهوة)، وعامل ثيكسوتروبيك في مستحضرات التجميل (منع التكتل في الأساس).
- الحالة: قامت شركات الألبان مثل دانون ونستله باستبدال عوامل منع التكتل التقليدية بها، وارتفع حجم صادراتها بنسبة 120%.
- النوع الكاره للماء (النوع ب)
- التطبيقات: طلاء لفصل بطاريات الليثيوم (أظهرت اختبارات Ningde Times زيادة بنسبة 40% في عمر الدورة)، ولصق المحطات الأساسية لشبكات الجيل الخامس، ومكافحة الترسيب في الطلاءات المسحوقة، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية في الزجاج العضوي.
- إنجاز تقني: تستخدم مادة السيليكا المدخنة الكارهة للماء المحلية خوارزميات الذكاء الاصطناعي للتحكم في مجال اللهب، مما يحقق اتساقًا في حجم الجسيمات يبلغ ±5 نانومتر، مع أداء مماثل للمنتجات العالمية.
ثالثا: تكنولوجيا تعديل السطح
باستخدام مُعدِّلات مثل السيلازانات والكلوروسيلانات، يمكن تنظيم خصائص السطح بدقة:
- التعديل الكاره للماء: تزداد زاوية التلامس من 70 درجة إلى أكثر من 150 درجة، مما يجعلها مناسبة للأنظمة الزيتية (مثل الأحبار والطلاءات).
- التعديل الوظيفي: من خلال تطعيم المبادرات الضوئية أو النقاط الكمومية، يمكن تطوير مواد تستجيب للضوء والحرارة الكهربائية لتطبيقات الطلاء الذكي وتبديد الحرارة في الرقائق.
رابعا. اتجاهات الصناعة والمعايير
- الإحلال المحلي المتسارع: تمثل الطاقة الإنتاجية الصينية 35% من إجمالي الإنتاج العالمي. كما زاد تصدير المنتجات الراقية بنسبة 87% سنويا، ولا يتجاوز سعرها 60% من سعر الواردات.
- إعداد المعايير: ترأست الصين صياغة ISO 18473-3 "السيليكا المدخنة للمطاط السيليكوني"، مما شجع المنتجات على دخول السوق الراقية.
لقد تطورت مادة السيليكا المدخنة من "معزز النكهة الصناعية" إلى "حل نانوي"، حيث تغطي أكثر من 800 مجال مثل المطاط والطاقة الجديدة ومستحضرات التجميل. وتبلغ مساحة سطحها لكل جرام ما يعادل ملعب كرة قدم، كما أن أدائها في الامتصاص يتجاوز الخيال.