新型環(huán)境友好有機硅材料在光電領(lǐng)域的應(yīng)用

摘? 要：新型有機硅光電材料表現(xiàn)出良好的非線性光學性質(zhì)和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且光電響應(yīng)快，可用作光學材料、顯示材料和介電材料等高性能材料的應(yīng)用。隨著電源行業(yè)和電子電器行業(yè)的發(fā)展，有機硅光電材料領(lǐng)域?qū)⑵鸬脚e足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：有機硅材料;光學性能;電學性能;應(yīng)用

1.有機硅

1.1 有機硅的結(jié)構(gòu)及特點

硅元素是一種極其常見的元素，是處在第三周起IVA族的類金屬元素，其在地殼上的含量僅次于氧。硅具有獨特的結(jié)構(gòu)和性能，以致于有機硅的性能深受其影響，所以有機硅也具備著獨特的性能和結(jié)構(gòu)。機硅獨特的結(jié)構(gòu)具備了有機高分子材料的特點，具有著無機非金屬材料的特點，如耐高溫、抗氧化等基本屬性，因之，它兼具有機及無機材料的雙重優(yōu)點[1]。

1.2 有機硅改性有機半導(dǎo)體材料

將硅引入有機半導(dǎo)體材料中，能使其融入有機硅的獨特性能，提高自身性能價值，而此操作有著不同的兩種方法，這兩種方法都能改變半導(dǎo)體材料的性能[2]：一是將硅原子通過共價鍵連接上母核。二是將有機硅片段整合都母核鏈中。

2.有機硅材料在光電領(lǐng)域的應(yīng)用

光電材料也是多種多樣，可以用很多標準將光電材料區(qū)分為幾大類，如將其按組成分類，可分為三類。其中第一類為有機光電材料;第二類為無機光電材料;第三類為有機-無機光電配合物[3]。

2.1固封膠

固封膠，有機硅材料的一種，屬于硅橡膠這一類，在如今的有機硅材料光電領(lǐng)域市場中，固封膠是應(yīng)用最多的材料，由于有機硅固封膠中的硫化膠具有耐寒熱等諸多良好性能，所以大部分都應(yīng)用于電子器件等材料的密封等操作。有機硅密封膠也是備受關(guān)注，國內(nèi)外對其的研究十分火熱，尤其是關(guān)于有機硅改性密封膠，其又進一步提升了原先有機硅的性能，具有強度高、抗老化等優(yōu)點。有機硅密封膠是將電子元器件等材料用焊接的方式將其連接在一起，有的大型材料在運輸路途中需要防護，因為其中的電子元件等小器件容易受震動而松動和脫落，焊接的接點容易撕裂，還易導(dǎo)致其中電弧、電信號受干擾，從而影響整個器件的功能，使此大型材料降低或者失去了原本應(yīng)有的性能，所以需要有機硅密封膠去對電子元件連接點、小器件安裝點、焊接點等容易破損處去進行密封和加固，也提高了其電絕緣性。所以由于這些完美的優(yōu)點，有機硅固封膠在近幾年來的應(yīng)用和研究十分廣泛，其可以有效的保護器件，從排除外界環(huán)境影響的因素來降低損失。

2.2光學材料

能作為光學材料的是有機硅中的聚硅烷，可以在電導(dǎo)、非線性光學材料等領(lǐng)域應(yīng)用，因為其電子光譜有著特殊的性能，存在特殊的光電學性質(zhì)。非線性光學技術(shù)是光電領(lǐng)域的重要方面，它引領(lǐng)著光學材料的發(fā)展，是光電子學的基礎(chǔ)。非線性光學材料剛開始使用的是無機材料，后經(jīng)過研究，有機材料也可以用作非線性光學材料，有機非線性光學材料包括尿素及其衍生物、苦味酸等一系列有機物具有非線性光學效應(yīng)。由于具有大的非定域π共軛電子體系的較強的光電耦合特征，所以能得到高的響應(yīng)值和比較大的光學系數(shù)[4]。其中包括有機硅聚硅氧烷，而高聚物非線性光學材料不僅具有非線性光學系數(shù)大，響應(yīng)速度快，直流介電常數(shù)低等優(yōu)點，而且由于分子鏈以共價鍵連接，機械強度高，化學穩(wěn)定性好，加工性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)可變性強，可制成如膜、片、纖維等各種形式。在合成高聚物非線性光學材料時，雖然高分子本身具有非中心對稱單元，可以作為二階非線性光學材料，但其偶極矩的取向無規(guī)律，其非線性光學性能較弱。因此可通過外加電場，使分子的取向定向排列，從而增強其非線性光學性能。而三階非線性光學材料的范圍很廣。由于不受是否具有中心對稱這一條件的限制，這些材料可以是氣體、原子蒸氣、液體、液晶、等離子體以及各類晶體、光學玻璃等。當聚硅烷和π共軛聚合物共聚時，形成σ-π共軛的共聚物。在σ-π共軛體系內(nèi)，有電荷轉(zhuǎn)移、電荷載體、易失的電子，可產(chǎn)生大的非線性性能，聚硅烷與氧氣可生成硅氧烷，對紫外線較為敏感，是一類光敏材料。

2.3其他材料

近幾年，液晶顯示器應(yīng)用十分廣泛，家中的電視機、冰箱的控制觸摸屏、汽車內(nèi)的中控屏，可以說處處都存在著液晶顯示屏，其中也含有有機硅材料。如今，一種新型的有機電致發(fā)光平面顯示器開始問世，其相對于液晶顯示器具有更良好的性能，所以受到人們的廣泛關(guān)注，其具有著優(yōu)異的發(fā)光性、輕、薄等諸多特點。

有機硅材料中，具有良好導(dǎo)電性能的是聚硅烷，其導(dǎo)電性能穩(wěn)定，不易受外界的溫度、濕度等因素影響。聚硅烷的的特殊穩(wěn)定性，是由其結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致，聚硅烷的結(jié)構(gòu)中整條鏈都存在著Si的σ共軛離域效應(yīng)，因為其主鏈是完全由四配位的硅原子組成。

單純的有機硅材料在導(dǎo)熱方面并不是很理想，其導(dǎo)熱率較低，為了增強它導(dǎo)熱性能，必須添加輔助材料來增大其導(dǎo)熱系數(shù)，這樣能使有機硅材料性能得以改善，且輔助材料可以為導(dǎo)熱填料。通過加入填料后常見有機硅復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達到1-7 W·m-1·K-1，可以很好地解決器件的散熱問題[5]。

3.有機硅材料應(yīng)用前景

3.1 國內(nèi)外有機硅研發(fā)現(xiàn)狀

我國的有機硅生產(chǎn)企業(yè)較多，但是規(guī)模較小，產(chǎn)品比較單一，一些有機硅產(chǎn)品雖然與國外品質(zhì)相近，但是還是與國外有一定的差距，盡管有機硅產(chǎn)品越來越多，然而歸結(jié)起來，新型有機硅材料應(yīng)用開發(fā)所采用的新技術(shù)主要有三個方面[6]：

（1）改變高分子材料的反應(yīng)方式，變換硅氧烷分子結(jié)構(gòu)，例如變換分子的大小、形狀（線狀、分枝狀）、交聯(lián)密度等。

（2）化學改性，改性是高分子材料研發(fā)中常用的手段，有機硅技術(shù)創(chuàng)新中也用到了大量的改性，如增強橡膠，在硅基橡膠中添加少量熱塑性高分子材料，代替二氧化硅等無極填料，熱塑性高分子材料的引入使得復(fù)合的硅橡膠成熱塑性彈體，強度大大提高。

（3）配合技術(shù)和新型添加劑，配合技術(shù)的進步和添加新的添加劑也是目前大量使用的技術(shù)創(chuàng)新的方法。

4.總結(jié)

近年來有機硅在光電領(lǐng)域的應(yīng)用雖然比較廣泛，但其還有許多隱藏價值等待開發(fā)。作為功能高分子材料的一個研究熱點，有機硅材料在未來的社會里將會成為一種新型的環(huán)境友好材料，為人類創(chuàng)造更多的價值。

參考文獻

[1]李漢堂.有機硅材料的發(fā)展及其應(yīng)用[J].有機硅材料，2006（04）：212-217+228.

[2]幸松民，王一璐編著.有機硅合成工藝及產(chǎn)品應(yīng)用[M].化學工業(yè)出版社，2000.

[3]譚景林.有機硅改性聚合的研制及其應(yīng)用[D].廣西工學院，2010

[10]劉志朋，陳博，王龍海，等.有機硅LED封裝材料的最新研究進展[J].有機硅材料，2018，32（04）：314-318.

[5]劉聞鳳.有機硅導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備及其性能研究[D].西南交通大學，2014.

[6]章基凱.國內(nèi)外有機硅材料發(fā)展動向與建議[J].化工新型材料，2005（11）：4-9.

作者簡介：

劉云龍（1996年10月12日），男，漢族，安徽省淮南市，大學本科學歷，安徽理工大學，環(huán)境化工