Silikona gumija (piemēram, augstas -temperatūras vulkanizēta silikona gumija, istabas-temperatūras vulkanizēta silikona gumija un šķidrā gumija) tiek plaši izmantota elektroniskajā iepakojumā, aviācijas blīvēšanā un automobiļu ražošanā, pateicoties tās lieliskām īpašībām, tostarp izturībai pret laikapstākļiem, elektrisko izolāciju, kā arī augstas un zemas{2}}temperatūras izturībai. Tomēr temperatūrā, kas ir 250 grādi un augstāka, silikona gumija ir jutīga pret termisko oksidatīvo noārdīšanos, izraisot polimēru ķēdes pārrāvumus un kulonu grupu izkliedi. To pavada mazu molekulu iztvaikošana un šķērssaistošo struktūru iznīcināšana, kā rezultātā samazinās svars un samazinās mehāniskās īpašības, ievērojami ierobežojot tā kalpošanas laiku ekstremālos darbības apstākļos. Silikona gumijas augstas temperatūras stabilitātes uzlabošana{8}} ir kļuvusi par aktuālu tēmu materiālu izpētes jomā.
Nano-titāna dioksīds (TiO₂) var kalpot kā funkcionāla piedeva un pildviela silikona gumijā, pateicoties tā termiskajai stabilitātei, ķīmiskajai inercei un nano-efektam. Tostarp nano-titāna dioksīdam NT-50, kas sagatavots ar tvaika fāzes metodi, ir plašas pielietošanas iespējas silikona gumijā, pateicoties tā mazajam daļiņu izmēram, labajai izkliedējamībai un augstajai virsmas aktivitātei.
Tehniķi izvēlējās trīs tipiskas silikona gumijas: augstas{0}}temperatūras, istabas-temperatūras un šķidruma. Viņi sagatavoja eksperimentālos paraugus, pievienojot 1,5% NT-50, un tukšos paraugus bez nano-TiO₂. Visi paraugi tika termiski uzglabāti 250 grādu temperatūrā un periodiski nosvērti. Tika aprēķināta svara saglabāšana (svara saglabāšana=svars pēc siltuma uzglabāšanas / sākotnējais svars × 100%), un tika izveidota līkne, kas attēlo svara saglabāšanu pret siltuma uzglabāšanas dienām.
Silikona gumijas bez NT-50 svara saglabāšanas līknē istabas temperatūras gumijas svara zudums bija vairāk nekā 40% pēc 7 dienām, un gumijas savienojums bija kļuvis pulveris, tāpēc eksperiments tika pārtraukts. Tomēr augstas temperatūras gumijai un šķidrajai gumijai pēc 21 dienas bija svara zudums par 50%, un gumijas savienojums bija kļuvis pulveris, tāpēc eksperiments tika pārtraukts.
Silikona gumijas, kas satur 1,5% NT-50, svara saglabāšanas līknē istabas temperatūras, augstas temperatūras un šķidrā silikona gumijas svara zudums pēc 7 dienām bija mazāks par 5%, un pat pēc 60 dienām tas nepārsniedza 15%. Visu trīs veidu silikona gumijas svara saglabāšana saglabājās virs 85% 60 dienu periodā, parādot, ka NT-50 pievienošana efektīvi kavē termisko oksidatīvo noārdīšanos un ievērojami uzlaboja silikona gumijas stabilitāti augstā temperatūrā.
NT-50 uzlabo silikona gumijas stabilitāti augstā temperatūrā trīs galvenajos veidos:
Fizikālās barjeras efekts: nano{0}}TiO₂ daļiņas veido blīvu tīklu silikona gumijas matricā, kas, no vienas puses, bloķē agresīvu vielu, piemēram, skābekļa un ūdens tvaiku, iekļūšanu, samazinot termiskās oksidācijas reakcijas; no otras puses, tas kavē mazu molekulu iztvaikošanu, ko rada silikona gumijas termiskā sadalīšanās, tādējādi samazinot svara zudumu.
Brīvo radikāļu uztveršana: kā pusvadītāju materiāls nano{0}}TiO₂ virsmas elektronu pāri uztver brīvos radikāļus, kas rodas termiskās degradācijas rezultātā, pārtraucot brīvo radikāļu ķēdes reakciju un būtiski kavējot materiāla oksidatīvo noārdīšanos.
Optimizēta siltumvadītspēja: nano{0}}TiO₂ augstā siltumvadītspēja uzlabo vienmērīgu siltuma sadalījumu silikona gumijā, samazinot paātrinātu degradāciju, ko izraisa lokalizēta pārkaršana, nodrošinot efektīvāku siltuma izkliedi un palēninot kopējo termiskās novecošanas procesu.
Nano-titāna dioksīds NT-50 efektīvi kavē silikona gumijas termisko oksidatīvo noārdīšanos augstā temperatūrā, nodrošinot dzīvotspējīgu risinājumu tā kalpošanas laika pagarināšanai ekstremālos apstākļos. No nozares pielietojuma perspektīvas silikona gumiju, kas satur NT-50, var vēl vairāk izvērst jomās, kurās nepieciešama stingra augstas-temperatūras izturība, piemēram, gaisa kuģu dzinēju blīvējums, jaunu enerģijas transportlīdzekļu akumulatoru iepakojums un siltuma izkliedēšana augstākās klases elektroniskajās iekārtās. Tas novērš tradicionālās silikona gumijas “novecošanās novecošanos augstā temperatūrā”, potenciāli radot efektīvāku termiskās stabilitātes sistēmu un veicinot silikona gumijas materiālu uzlabošanu, lai sasniegtu augstākas temperatūras, uzticamākas un ilgstošākas īpašības, nodrošinot galveno materiālu atbalstu augstākās klases ražošanas attīstībai.
