سرامیک‌های مشتق‌شده از پلیمر

سرامیک‌های مشتق‌شده از پلیمر (PDCs) مواد سرامیکی هستند که از طریق پیرولیز پلیمرهای پیش سرامیکی، معمولاً تحت اتمسفر خنثی، تشکیل می‌شوند.
بندانگشتی|400x400پیکسل|نمونه‌های رایج از خانوادهٔ پلیمرهای پیش سرامیکی
ترکیبات PDC معمولاً شامل کاربید سیلیکون (SiC)، اکسی کاربید سیلیکون (SiOxCy)، نیترید سیلیکون (Si3N4)، کربونیترید سیلیکون (Si3+xN4Cx+y)و اکسی نیترید سیلیکون (SiOxNy) می‌باشند. ترکیب، توزیع فاز و ساختار PDCها، به ترکیبات پیش‌ساز پلیمری مورد استفاده و شرایط پیرولیز اعمال شده بستگی دارد.
بندانگشتی|در شیمی پلیمر، پلیمریزاسیون فرآیندی است که در آن مولکول‌های مونومر در یک واکنش شیمیایی با هم واکنش می‌دهند تا زنجیره‌های پلیمری یا شبکه‌های سه‌بعدی تشکیل دهند. اشکال مختلفی از پلیمریزاسیون وجود دارد و سیستم‌های مختلفی برای دسته‌بندی آنها وجود دارد.
مزیت کلیدی این نوع مواد سرامیکی، قابلیت تغییر حاصل از استفاده از پیش‌سازهای پلیمری از نظر پردازش و شکل‌دهی می‌باشد. سرامیک‌های مشتق‌شده از پلیمر را می‌توان به صورت افزایشی (پرینت سه‌بعدی) با استفاده از ساخت رشته‌های ذوب‌شده، استریولیتوگرافی که از فوتوپلیمریزاسیون پلیمرهای پیش‌ساز سرامیکی استفاده می‌کند، تولید کرد. چنین پردازشی از PDCها در کاربردهایی مانند ساختارهای سرامیکی سلولی که نیاز به مواد پایدار حرارتی و شیمیایی در اشکال پیچیده دارند، استفاده می‌شود و دستیابی به آنها از طریق روش‌های رایج تر فرآوری سرامیک، مانند تف‌جوشی پودری و ریخته‌گری دوغابی، چالش‌برانگیز است. PDCها همچنین برای سنتز مواد متخلخل و شبه متخلخل و لایه‌های نازک ارزشمند هستند.

## شیمی
PDCها عمدتاً از طریق پیرولیز پلیمرهای پیش سرامیکی ساخته می‌شوند. در خانوادهٔ پلیمرهای پیش سرامیکی، پلی سیلوکسانها مشهورترین پلیمرهای پیش سرامیکی هستند. اسکلت آن شامل اتم‌های سیلیکون و اکسیژن است. پلی (ارگانو) سیلوکسان‌ها، پلی‌سیلوکسان‌هایی هستند که در اسکلت خود گروه‌های آلی دارند، مانند پلی‌بوروسیلوکسان‌ها، پلی (کربوسیلوکسان‌ها). دسته مهم دیگری از پلیمرهای پیش سرامیکی، پلی کربوسیلان‌ها و پلی (ارگانو) کربوسیلان‌ها هستند که حاوی اتم‌های کربن و سیلیکون متناوب در اسکلت خود می‌باشند. به‌طور مشابه، پلیمرهای ساخته شده از پیوندهای Si-N به عنوان پلی‌سیلازان، (پلی‌ارگانوسیلازان‌ها) و (پلی‌ارگانوسیلیل کربودی‌ایمیدها) طبقه‌بندی می‌شوند. ترکیبات پلیمری مختلف بر دمای فرآوری، تغییرهای ریزساختاری، بازده و پایداری سرامیک تأثیر می‌گذارند.

تبدیل پلیمرهای پیش سرامیکی به PDCها را می‌توان به چهار مرحله تقسیم کرد: شکل‌دهی، اتصال عرضی، پیرولیز، تبلور. معمولاً، پردازش PDC در دمای ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود. برای تشکیل PDC بلوری، برخی از مواد برای تبلور به دمای بالاتری، معمولاً بیش از ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد، نیاز دارند.
بندانگشتی|550x550پیکسل|فرایند PDC

## خواص
PDCها دارای خواص بسیاری هستند، از جمله:
* خواص مکانیکی: سختی، مدول و استحکام بالا.
* پایداری در محیط‌های سخت: پایداری حرارتی خوب، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی بالا.
* خواص چسبندگی: قدرت چسبندگی بالا و کشش سطحی پایین.
* دوام: مقاومت در برابر سایش، خواص ضد رسوب و ضد تشکیل بیوفیلم.
* سمیت کم و زیست سازگاری.

ترکیب PDCها و سایر مواد با خواص مختلف می‌تواند خواص ترکیبی را برای مواد کامپوزیتی مبتنی بر PDC ایجاد کند. مواد کامپوزیتی مبتنی بر PDC می‌توانند عملکردها و کاربردهای PDCها را به طیف وسیعی از زمینه‌ها، به عنوان مثال، در کاربردهای بیولوژیکی، پزشکی، الکتریکی، مغناطیسی، مهندسی و نوری گسترش دهند.

## کاربردها
بندانگشتی|تکنیک‌های اسپری حرارتی، فرآیندهای پوشش‌دهی هستند که در آن‌ها مواد ذوب‌شده (یا گرم‌شده) روی یک سطح اسپری می‌شوند.

### پوشش‌ها
در مقایسه با سایر روش‌های پوشش‌دهی، عملیات حرارتی (مانند اسپری حرارتی) برای پردازش PDC ساده و کم‌هزینه است. پوشش‌های PDC اجزای خوبی در دستگاه‌های الکترونیکی و غشاهای جداسازی گاز هستند. با توجه به پایداری ذاتی مواد PDC، پوشش‌های PDC معمولاً در پوشش‌های محافظ زیست‌محیطی (EBC) نیز استفاده می‌شوند.

### پرینت سه بعدی
بندانگشتی|یک چاپگر ساده با رشته ذوب شده
تولید رشته‌های ذوب‌شده پلیمرهای مبتنی بر پرینت سه‌بعدی برای استفاده در پردازش PDC در طیف وسیعی از کاربردها مانند مبدل‌های حرارتی، انباره حرارتی، داربست برای رشد بافت استخوان، فیلترهای شیمیایی/گازی و سخت‌افزار به‌طور معمول به کار می‌رود. تکنیک‌های خاص چاپ سه‌بعدی مانند نوشتن مستقیم با جوهر (DIW)، استریولیتوگرافی (SLA) و پردازش نور دیجیتال (DLP) می‌توانند ساختار پلیمرهای پیش‌سازه را از مقیاس نانو تا مقیاس ماکرو کنترل کند. چاپ سه‌بعدی PDCها می‌تواند ساخت و ادغام مواد سرامیکی پیشرفته را تسهیل کند.

### مهندسی زیست پزشکی
PDCهای زیست‌سازگار و کامپوزیت‌های مبتنی بر PDC را می‌توان در سیستم‌های بیولوژیکی مختلف به کار برد. آنها معمولاً برای تولید رابط یا سطح با چند عملکرد و اشکال پیچیده برای کاربردهای زیست پزشکی، مانند بازسازی بافت، طراحی ایمپلنت، دارورسانی و پانسمان زخم استفاده می‌شوند.
بندانگشتی|247x247px|نمونه‌ای از کاربردهای سرامیک‌های مشتق‌شده از پلیمر و مواد مبتنی بر PDCبندانگشتی|باتری لیتیوم-یون نوعی باتری قابل شارژ است که از ادغام برگشت‌پذیر یون‌های لیتیوم+ در جامدات رسانای الکترونیکی برای ذخیره انرژی استفاده می‌کند. در مقایسه با سایر انواع باتری‌های قابل شارژ، آنها عموماً انرژی ویژه، چگالی انرژی و راندمان انرژی بالاتری دارند و دارای عمر طولانی‌تری دارند.

### الکترونیک
مواد PDC هیبریدی برای ساخت زیرلایه در باتری‌های لیتیوم یونی، حسگرها، محرک‌ها، دستگاه‌های الکتریکی با دمای بالا و غیره، قابل اجرا و قابل تنظیم هستند. استراتژی‌های رایج فرآوری کامپوزیت‌های PDC برای کاربردهای الکترونیکی شامل تغییر شیمیایی، ترکیب با فلز یا اکسیدهای فلزی و ترکیب با پرکننده‌های اصلی می‌باشد.

## جستارهای وابسته
* سرامیک
* پلیمر

## منابع

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر
رده:سرامیک‌ها