新型環境友好有機硅材料在光電領域的應用

摘? 要：新型有機硅光電材料表現出良好的非線性光學性質和優異的導電性能，且光電響應快，可用作光學材料、顯示材料和介電材料等高性能材料的應用。隨著電源行業和電子電器行業的發展，有機硅光電材料領域將起到舉足輕重的作用。

關鍵詞：有機硅材料;光學性能;電學性能;應用

1.有機硅

1.1 有機硅的結構及特點

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。硅具有獨特的結構和性能，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構。機硅獨特的結構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點[1]。

1.2 有機硅改性有機半導體材料

將硅引入有機半導體材料中，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域的應用

光電材料也是多種多樣，可以用很多標準將光電材料區分為幾大類，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域市場中，固封膠是應用最多的材料，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注，國內外對其的研究十分火熱，尤其是關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點，有機硅固封膠在近幾年來的應用和研究十分廣泛，其可以有效的保護器件，從排除外界環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、非線性光學材料等領域應用，因為其電子光譜有著特殊的性能，存在特殊的光電學性質。非線性光學技術是光電領域的重要方面，它引領著光學材料的發展，是光電子學的基礎。非線性光學材料剛開始使用的是無機材料，后經過研究，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。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值和比較大的光學系數[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大，響應速度快，直流介電常數低等優點，而且由于分子鏈以共價鍵連接，機械強度高，化學穩定性好，加工性能優良，結構可變性強，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，有電荷轉移、電荷載體、易失的電子，可產生大的非線性性能，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，液晶顯示器應用十分廣泛，家中的電視機、冰箱的控制觸摸屏、汽車內的中控屏，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注，其具有著優異的發光性、輕、薄等諸多特點。

有機硅材料中，具有良好導電性能的是聚硅烷，其導電性能穩定，不易受外界的溫度、濕度等因素影響。聚硅烷的的特殊穩定性，是由其結構所導致，聚硅烷的結構中整條鏈都存在著Si的σ共軛離域效應，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熱方面并不是很理想，其導熱率較低，為了增強它導熱性能，必須添加輔助材料來增大其導熱系數，這樣能使有機硅材料性能得以改善，且輔助材料可以為導熱填料。通過加入填料后常見有機硅復合材料的熱導率達到1-7 W·m-1·K-1，可以很好地解決器件的散熱問題[5]。

3.有機硅材料應用前景

3.1 國內外有機硅研發現狀

我國的有機硅生產企業較多，但是規模較小，產品比較單一，一些有機硅產品雖然與國外品質相近，但是還是與國外有一定的差距，盡管有機硅產品越來越多，然而歸結起來，新型有機硅材料應用開發所采用的新技術主要有三個方面[6]：

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

（2）化學改性，改性是高分子材料研發中常用的手段，有機硅技術創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合的硅橡膠成熱塑性彈體，強度大大提高。

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

4.總結

近年來有機硅在光電領域的應用雖然比較廣泛，但其還有許多隱藏價值等待開發。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境友好材料，為人類創造更多的價值。

參考文獻

[1]李漢堂.有機硅材料的發展及其應用[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品應用[M].化學工業出版社，2000.

[3]譚景林.有機硅改性聚合的研制及其應用[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.有機硅導熱絕緣復合材料的制備及其性能研究[D].西南交通大學，2014.

[6]章基凱.國內外有機硅材料發展動向與建議[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，環境化工