Как применять силиконовый материал в оптоэлектронике?

С непрерывным прогрессом и развитием науки и технологий требования к промышленным материалам также постоянно растут. Фотоэлектрические материалы как прорывные получили широкое внимание и интенсивные исследования. В этом контексте силиконовые материалы также постепенно интегрируются в область оптоэлектронных материалов и стали одним из горячих направлений исследований — от электрических до оптических. Каковы применения силиконовых материалов в оптоэлектронике?s?

Силиконы могут образовывать различные химические связи, что позволяет конструировать множество материалов с разной структурой и свойствами, таких как силиконовые каучуки, жидкие силиконовые каучуки, силиконовые масла и т. д.

Силиконы используются в широком спектре применений и обладают уникальными оптическими свойствами, главным образом благодаря структурным взаимодействиям между их атомами кремния и органическими молекулами, что приводит к изменениям в энергетических зонах и, следовательно, оптическим свойствам. Силикон можно получить более легко, методы обработки удобны, и он может использоваться в качестве светоизлучающего материала в оптоэлектронных устройствах, например, в дисплеях; силикон имеет множество применений в излучающих устройствах, например, в солнечной энергетике в качестве фотогальванического материала; силикон также может использоваться в оптической связи, а применение кремниевой фотоэлектрической технологии заменяет традиционные средства связи. Силикон является важной частью исследований и разработок оптоэлектронных материалов.

Здесь’немного информации об этом:

• Каково строение силикона?
• Каковы свойства силикона?
• Как применять силикон в оптоэлектронных дисплейных устройствах?
• Как применять силикон в солнечной энергетике?
• Как применять силикон в оптической связи?
• Как выбрать силиконовые сырьевые материалы?

1. Каково строение силикона?

Силиконовый материал имеет уникальную структуру:

(1) Достаточное количество метильных групп на атоме Si экранирует высокоэнергетическую основную цепь полисилоксана;

(2) C-H неполяризован, что делает силу межмолекулярного взаимодействия очень слабой;

(3) Длина связи Si-O велика, а угол связи Si-O-Si большой.

(4) Связь Si-O является ковалентной связью, обладающей 50% характеристик ионной связи (ковалентная связь имеет направленность, ионная связь не имеет направленности).

Базовой структурной единицей силиконового изделия является кремний-кислородная цепь, а боковые цепи через атомы кремния соединены с различными другими органическими группами. Поэтому структура силиконовых изделий содержит как “органические группы”, так и “неорганическую структуру”. Этот особый состав и молекулярная структура делают его комбинацией органических свойств и неорганических функций.

2. Каковы свойства силикона?

По сравнению с другими полимерными материалами, наиболее выдающимися свойствами силиконовых изделий являются:

2.1 Термостойкость

Силиконовые изделия (такие как силиконовая резина) имеют связь кремний-кислород (Si-O) в качестве основной цепи. Энергия связи C-C составляет 82,6 ккал/г·мол, а энергия связи Si-O в силиконе — 121 ккал/г·мол, поэтому термическая стабильность силиконовых изделий высока, а химические связи молекул не разрываются и не разлагаются при высоких температурах (или под воздействием радиации). Силикон может выдерживать не только высокие, но и низкие температуры. Его можно использовать в широком температурном диапазоне. Как химические, так и физико-механические свойства меняются очень незначительно при изменении температуры. Поэтому, как правило, жидкая силиконовая резина может использоваться в большинстве литьевых машин.

2.2 Устойчивость к атмосферным воздействиям

Основная цепь силиконового изделия — -Si-O-, не имеет двойных связей, поэтому она не подвержена разложению под воздействием ультрафиолетового света и озона. Силикон обладает лучшей термостабильностью, чем другие полимерные материалы, а также устойчивостью к облучению и погодным условиям. Срок службы силиконовой резины в естественных условиях может достигать нескольких десятилетий, что превышает срок службы натурального каучука.

2.3 Электроизоляционные свойства

Силиконовые изделия обладают хорошими электроизоляционными свойствами: диэлектрические потери, пробивное напряжение, стойкость к дуге, короне, коэффициент объемного сопротивления, коэффициент поверхностного сопротивления и т.д. находятся на высшем уровне среди электроизоляционных материалов, и их электрические свойства очень мало зависят от температуры и частоты.

Поэтому они являются стабильными электроизоляционными материалами и широко используются в электронной и электротехнической промышленности. Помимо отличной термостойкости, силикон также обладает превосходной водоотталкивающей способностью, что обеспечивает высокую надежность электронных устройств в условиях повышенной влажности.

2.4 Биологические свойства

Биоактивный кремний является важным питательным веществом для организма человека. Кремний — важный элемент в составе тканей человека и в обмене веществ.

Он присутствует в каждой клетке человеческого тела, служит опорой для построения клеток и помогает усваивать другие важные вещества, такие как магний, фосфор, кальций и т.д.

2.5 Низкое поверхностное натяжение и поверхностная энергия

Основная цепь силикона очень гладкая, а межмолекулярные силы в ней значительно слабее, чем у углеводородов. Поэтому она имеет более низкую вязкость, чем углеводороды с той же молекулярной массой, более слабое поверхностное натяжение, меньшую поверхностную энергию и более сильную способность к образованию пленок.

Это низкое поверхностное натяжение и низкая поверхностная энергия являются основной причиной его широкого применения во многих областях: гидрофобность, пеногашение, стабилизация пены, антиадгезионные свойства, смазка, лакирование и другие превосходные свойства.

3. Как применять силикон в оптоэлектронных дисплейных устройствах?

Силикон обладает высокой светоотдачей и чистотой излучения, его можно использовать в качестве люминофора в OLED-устройствах. OLED-устройства обладают очень высокой яркостью и цветопередачей, а также могут иметь низкое энергопотребление. В настоящее время технология OLED используется в основных экранах мобильных телефонов, панелях медицинских устройств и телевизорах на рынке.

Кремниевые OLED (Silicon-based OLED) — это новая технология OLED, которая по сравнению с традиционной OLED использует кремниевую подложку, что упрощает производственный процесс и снижает затраты. Ожидается, что технология кремниевых OLED станет важной новой технологией отображения в будущем и будет применяться в смартфонах, телевизорах, носимых устройствах и других областях.

Кроме того, силикон может также применяться в качестве материала для оптических компонентов в подсветке ЖК-дисплеев. В традиционных ЖК-дисплеях с люминесцентными лампами с холодным катодом желтый фосфор желтеет, что приводит к ухудшению цветопередачи всего экрана, и энергоэффективность не высока. Силикон может напрямую излучать свет, тем самым снижая потребление электроэнергии всего ЖК-дисплея, а цветовой эффект становится более ярким.

XJY-801 полиметилсилсесквиоксан (сферический силиконовый смоляной порошок)

Он имеет показатель преломления света, отличный от такового у основного материала. Внутри рассеивающего материала со сферической силиконовой смолой свет из одного направления может быть рассеян во всех направлениях. Светорассеиватели могут быть изготовлены для плоскопанельных ЖК-/ПС-светорассеивателей.

3.1 Почему используется OLED-технология на основе кремния?

Преимущества кремниевой OLED-технологии включают следующее:

(1) Низкая стоимость

Традиционная OLED-технология требует использования дорогой стеклянной подложки, тогда как кремниевая OLED-технология использует обычную кремниевую подложку, что значительно снижает стоимость.

(2) Простой производственный процесс

Производственный процесс кремниевой OLED-технологии проще, чем у традиционной OLED-технологии, и производственный цикл легче контролировать.

(3) Более высокая стабильность и надежность

Кремниевая OLED-технология может обеспечить более высокую стабильность и надежность, поскольку кремниевая подложка обладает лучшими механическими свойствами.

(4) Возможность миниатюризации

Кремниевая OLED-технология позволяет реализовать меньший размер пикселя и более высокую плотность пикселей, что открывает перспективы для применения в микродисплеях и других миниатюрных оптоэлектронных устройствах.

4. Как применять силикон в солнечной энергетике?

Солнечный элемент — это технология, позволяющая преобразовывать световую энергию в электричество за счет использования солнечной энергии. Кремний может быть использован для создания прозрачных электродов и применяться в органических солнечных элементах в качестве фотоэлектрического материала. Благодаря своей гибкости и прозрачности органические солнечные элементы могут использоваться в различных сложных устройствах, таких как мобильные источники питания, носимые электронные устройства и так далее.

4.1 Как выбирать силиконовые материалы для солнечной энергетики?

(1) В системе солнечной тепловой энергетики:

В соответствии с назначением и формой силиконовые материалы находят следующие применения в системе солнечной тепловой энергетики: силиконовое масло в качестве высокотемпературного теплоносителя для систем солнечной тепловой энергетики; термостойкие и атмосферостойкие силиконовые покрытия для конструкций солнечных фотоэлектрических установок; силиконовые материалы для формования линз Френеля для солнечной тепловой энергетики.

(2) В системе поддержки солнечных элементов:

В соответствии с назначением и формой силиконы имеют следующие применения в системе поддержки солнечных элементов: однокомпонентная силиконовая резина, отверждаемая при комнатной температуре, в качестве фотоэлектрического материала; материалы для просветляющих покрытий поверхности чипов солнечных элементов; защитные покрытия на светопропускающей поверхности модулей солнечных элементов; герметизирующие и склеивающие материалы для сборки модулей солнечных элементов.

Флокированная метилфенилсиликоновая смола XJY

Это силиконовые смолы с легкими функциональными группами, которые используются в термостойких порошковых и жидких покрытиях. Первостепенной характеристикой силиконовой смолы является ее превосходная термостойкость: она практически не разлагается при 200℃ или даже более высоких температурах и может использоваться в производстве различных термостойких красок, чей класс термостойкой изоляции достигает уровня H.

1,3,5,7-тетраметилциклотетрасилоксан (D4H) XJY-705

Это активный силикон, содержащий кремний-водородные связи, которые могут изменяться с ненасыщенным олефином путем присоединения. Может использоваться для синтеза специальных сшивающих агентов для силиконовой резины, вулканизируемой при комнатной температуре.

Смола XJY-8207S/M водородной MQ серии

Может использоваться в качестве армирующего наполнителя для силиконовой резины, вулканизируемой при комнатной температуре.

5. Как применять силикон в оптической связи?

Кремниевая оптическая связь — это использование кремниевой фотоэлектрической технологии для передачи и приема оптических сигналов компьютером и другими электронными устройствами.

Simply put, this communication technology is to use optical fibres to replace the traditional copper wire to transmit signals, in order to obtain a higher transmission speed. This optical waveguide has good optical performance, extends the optical signal transmission distance to several kilometers, and has better noise immunity than traditional means of communication, which can meet most people’s communication needs.

Кремниевые оптические модуляторы являются частью кремниевой оптической связи; упрощенно, сигнал, генерируемый источником света, несет большой объем данных и информации через световые волны к модулятору, после чего необходим детектор для приема этой информации.

The silicon optical communications linkage system consists of a silicon transmitter and a receiver chip, both of which integrate all the necessary building blocks and incorporate many of Intel’s breakthroughs over the years, including the first hybrid silicon lasers developed in collaboration with the University of California, Santa Barbara, and high-speed optical modulators and photodetectors released in 2007.

Передающий чип состоит из четырех лазеров, и лучи, излучаемые каждым из них, попадают в оптический модулятор, который кодирует данные со скоростью 12,5 Гбит/с. Затем четыре луча объединяются и выводятся в одно оптическое волокно с общей скоростью передачи данных 50 Гбит/с. На другом конце связи приемный чип разделяет четыре луча и направляет их в отдельные фотодетекторы, которые преобразуют данные обратно в электрические сигналы. Оба чипа собираются с использованием недорогих производственных технологий, обычно применяемых в компьютерной индустрии.

Кремниевая фотовольтаика обеспечит широкий спектр применений в вычислительной индустрии.

For example, home entertainment and video conferencing can also enjoy wall-sized 3D screens; silicon optical communication can also allow supercomputers or future data center components scattered in all corners of the building, each other can achieve high-speed connectivity; silicon optical communication will also enable search engine companies, cloud computing providers and other users of data centers to improve performance, increase functionality, energy and space savings, and can even help scientists to build more powerful supercomputers to solve the world’s most difficult problems.

6. Как выбрать силиконовое сырье?

Силиконовые материалы в различных формах в основном представляют собой полунеорганические-полуорганические специальные полимерные структуры. Силиконовые материалы обладают стойкостью к высоким и низким температурам, атмосферному старению, водо- и влагонепроницаемостью, высокой диэлектрической прочностью, низкими диэлектрическими потерями, оптической прозрачностью, безопасностью и нетоксичностью, а также рядом других превосходных характеристик. Вкратце, силикон уже широко используется в нескольких областях фотоэлектрических материалов. Его уникальная структура и хорошие характеристики открывают более широкие перспективы применения для исследований в области оптоэлектронных материалов. Как сделать вашу продукцию более конкурентоспособной?

XJY Силиконы является одним из ведущих силиконовая смола MQ и Силикон VMQ производители силиконовой продукции в Китае, обладающие более чем 30-летним опытом НИОКР и производства в силиконовой отрасли, а также более чем 15 соответствующими патентами и технической поддержкой. Наша продукция из силиконового сырья может удовлетворить потребности продукции из силиконовых оптоэлектронных материалов и поддерживать предоставление разнообразных индивидуальных решений.