最近，國(guó)家電網(wǎng)朝陽(yáng)供電公司在電力架空線路上使用了硅橡膠作為絕緣護(hù)罩，有效的提升了輸電線路的絕緣水平及安全性，被大家親切稱(chēng)為“小紅帽”。其實(shí)，硅橡膠是有機(jī)硅材料的一種，有機(jī)硅材料在諸多領(lǐng)域大顯神威，今天就讓我們認(rèn)識(shí)一下它們！

什么是有機(jī)硅材料？

有機(jī)硅材料又稱(chēng)有機(jī)硅化合物，指的是含有硅碳鍵（Si-C）、且至少有一個(gè)有機(jī)基團(tuán)是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過(guò)氧、硫、氮等使有機(jī)基團(tuán)與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機(jī)硅化合物。

自然界中至今未發(fā)現(xiàn)有機(jī)硅化合物的存在，化學(xué)家把石英砂中的硅和有機(jī)大分子結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出一種“雜交”新材料，人們叫它“有機(jī)硅”。有機(jī)硅化合物的種類(lèi)繁多，包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚氮硅烷等。有機(jī)聚硅氧烷是其中最重要的一類(lèi)，約占有機(jī)硅材料總用量的90%以上。如今，中國(guó)聚硅氧烷產(chǎn)能占比已經(jīng)達(dá)到全球生產(chǎn)比例的67%，已成為世界最大的有機(jī)硅生產(chǎn)、消費(fèi)和原材料凈出口國(guó)。

目前，有機(jī)硅產(chǎn)品已經(jīng)有2000種以上，常用的有硅油、硅橡膠、硅樹(shù)脂等達(dá)1000多種。以下詳細(xì)介紹這三種最常用的有機(jī)聚硅氧烷類(lèi)產(chǎn)品:

1. 硅油：室溫下保持液體狀態(tài)的線型聚硅氧烷產(chǎn)品。一般分為甲基硅油和改性硅油兩類(lèi)。

硅油的絕緣性能使其成為電氣工業(yè)中的重要材料，用于制造絕緣油、電纜油、變壓器油等。

可作為橡膠和塑料的加工助劑，改善其加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量。

作為化妝品的重要成分，具有良好的潤(rùn)滑性和皮膚滲透性。

由于硅油優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)室選用二甲基硅油作為油浴鍋用油。

2. 硅橡膠：由線性聚硅氧烷與增強(qiáng)填料混合，加熱加壓條件下硫化生產(chǎn)的合成彈性體。硅橡膠自身顏色是透明的，可通過(guò)表面著色和混料著色來(lái)得到不同顏色的硅橡膠制品。

汽車(chē)工業(yè)：汽車(chē)點(diǎn)火線、火花塞保護(hù)罩、加熱及散熱器用軟管和蓄電池接頭等。

電子、電氣行業(yè)：高壓保護(hù)罩、電纜設(shè)備和硅橡膠制造的絕緣子等。

航空航天：飛機(jī)密封開(kāi)關(guān)和氧氣面罩等，耐灼燒硅橡膠還可用于制造火箭燃油閥門(mén)和動(dòng)力源電纜等。

醫(yī)療領(lǐng)域：隔音耳塞、隱形眼鏡、人造血管和器官等。

中國(guó)自主研發(fā)的首個(gè)全磁懸浮式“人工心臟”（來(lái)源：央視新聞視頻截圖）

3. 硅樹(shù)脂：一種熱固性塑料，含高度交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷。

可用于制備防腐蝕、耐高溫和疏水性能的涂層，如電子封裝、外墻涂料等領(lǐng)域。

由于其絕緣性可應(yīng)用于電線、電機(jī)、變壓器等領(lǐng)域。

用作制備有機(jī)硅塑料、半導(dǎo)體封裝塑料和泡沫塑料。常用于包裝、管材等領(lǐng)域。

大型輪船外層涂有防腐蝕的有機(jī)硅樹(shù)脂涂層（來(lái)源：新華社）

有機(jī)硅材料的誕生與發(fā)展

早在18世紀(jì)，法國(guó)科學(xué)家首次制備有機(jī)硅材料四乙基硅烷（SiEt4），之后的英國(guó)諾丁漢大學(xué)的科學(xué)家Kipping對(duì)有機(jī)硅材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，他不僅采用了格氏反應(yīng)合成有機(jī)氯硅烷，還為有機(jī)硅化合物制訂了命名規(guī)則，為后世的科學(xué)工作者們?cè)谘芯坑袡C(jī)硅材料方向打下了基礎(chǔ)。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，學(xué)者Hyde和Patnode等制備出有機(jī)硅絕緣脂，具備耐潮耐熱的功能，能夠在高溫高速運(yùn)行的電器設(shè)備和飛機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中使用。此后，多種初期的有機(jī)硅材料相繼問(wèn)世，如上文提到的二甲基硅油、有機(jī)硅涂料等。

1940年，學(xué)者Rochow發(fā)明了硅直接在高溫下與氯烴反應(yīng)合成烴基氯硅烷的方法，大大改善了之前格氏反應(yīng)的不足之處，直接法合成烴基氯硅烷被認(rèn)為是有機(jī)硅化學(xué)史上具有劃時(shí)代的成就之一，后續(xù)根據(jù)此發(fā)明開(kāi)發(fā)出了歷史上第一臺(tái)合成甲基氯硅烷的流化床，為工業(yè)化生產(chǎn)有機(jī)硅奠定了基礎(chǔ)。

此后全球陸續(xù)出現(xiàn)了大大小小的有機(jī)硅生產(chǎn)廠，到21世紀(jì)初已經(jīng)形成了幾個(gè)規(guī)模龐大的跨國(guó)公司，開(kāi)發(fā)的有機(jī)硅商品的品種更是達(dá)到幾千種之多。

有機(jī)硅材料的國(guó)外發(fā)展史重要節(jié)點(diǎn)（來(lái)源：作者自制）

后來(lái)居上！有機(jī)硅在我國(guó)的發(fā)展

新中國(guó)成立初期，有機(jī)硅材料在世界上尚屬于新興產(chǎn)業(yè)。我國(guó)一大批科學(xué)家們依靠自己的力量，自力更生走上了研發(fā)有機(jī)硅材料的道路上。他們先是從文獻(xiàn)資料的準(zhǔn)備開(kāi)始入手，重工業(yè)部北京化工試驗(yàn)所成立了以楊大海工程師為組長(zhǎng)的有機(jī)硅課題組，做了大量的外文文獻(xiàn)的收集和整理工作，對(duì)世界前沿的有機(jī)硅學(xué)科展開(kāi)研究，進(jìn)而投入到組織下發(fā)的任務(wù)中。課題組決定先用沸點(diǎn)較高的氯乙烷合成乙基氯硅烷進(jìn)行嘗試，經(jīng)過(guò)努力，1954年乙基氯硅烷順利合成出來(lái)，有機(jī)硅探索試驗(yàn)獲得了成功。與此同時(shí)，當(dāng)時(shí)的組員之一陳演漢同志整理出版了我國(guó)最早的中文有機(jī)硅譯文集《矽有機(jī)化合物》。（矽系化學(xué)元素硅的舊稱(chēng)）

《矽有機(jī)化合物》書(shū)影（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)截圖）

1955年，在楊冬麟同志的帶領(lǐng)下，沈陽(yáng)化工綜合試驗(yàn)所（由上文所提到的北京化工試驗(yàn)所搬遷整合而來(lái)）研發(fā)出我國(guó)第一款有機(jī)硅產(chǎn)品——耐500°C高溫的涂料。緊接著國(guó)內(nèi)成立了第一個(gè)有機(jī)硅生產(chǎn)車(chē)間——208車(chē)間，生產(chǎn)耐500°C高溫涂料并大批量提供給飛機(jī)制造廠。在分析國(guó)內(nèi)電器、軍工、航空等領(lǐng)域?qū)τ袡C(jī)硅材料的需求形勢(shì)后，開(kāi)發(fā)合成有機(jī)硅單體成為首要任務(wù)，楊大?？偣こ處煄ьI(lǐng)著一批干將選擇甲基氯硅烷作為合成硅油、硅橡膠的基本單體，并且在208車(chē)間建立甲基氯硅烷的合成工段。1958年，研制出可運(yùn)用在飛機(jī)上的航空潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂（原料為純度非常高的二甲基二氯硅烷）。1997年，國(guó)內(nèi)甲基氯硅烷產(chǎn)量突破了萬(wàn)噸大關(guān)。進(jìn)入21世紀(jì)以后，甲基氯硅烷的產(chǎn)量節(jié)節(jié)攀升，現(xiàn)如今有機(jī)硅產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一位。

經(jīng)過(guò)幾代人的拼搏奮斗，硬是打破了中國(guó)有機(jī)硅市場(chǎng)被跨國(guó)公司所左右的局面和形成的壁壘，取得了自主創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，掌握了核心技術(shù)，充分證實(shí)了不甘落后的中國(guó)人有能力、有決心打造中國(guó)的有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)。

有機(jī)硅材料在中國(guó)的發(fā)展（來(lái)源：作者自制）

有機(jī)硅新材料的前沿研究與未來(lái)應(yīng)用展望

1987年，我國(guó)創(chuàng)立了現(xiàn)如今的《有機(jī)硅材料》中文期刊，主要報(bào)道國(guó)內(nèi)外有機(jī)硅方面的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品及有機(jī)硅產(chǎn)品的新應(yīng)用等，提供有機(jī)硅材料市場(chǎng)、會(huì)議及中國(guó)國(guó)內(nèi)外信息?，F(xiàn)如今的有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展中，在碳達(dá)峰、碳中和背景下，新能源汽車(chē)等需求的大幅增長(zhǎng)將直接帶動(dòng)有機(jī)硅需求的增長(zhǎng)。相關(guān)部門(mén)也出臺(tái)了相應(yīng)的政策鼓勵(lì)支持有機(jī)硅材料的發(fā)展。有機(jī)硅材料具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在電子器件、生物醫(yī)學(xué)、光電材料和3D打印等領(lǐng)域，在深入的研究和探索下，有機(jī)硅材料將在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮出更為優(yōu)異的作用。

作者：中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所材料學(xué)博士生高煌