硅氮烷聚合物：特性、发展与应用
1.独特分子结构，奠定重要地位 硅氮烷聚合物，是一类主链以 Si-N 键为重复单元的无机聚合物 ，特殊的化学结构使其在高温下能转化为 SiCN、SiCNO 或二氧化硅陶瓷，在耐高温涂层等领域意义重大。
2.百年研发历程，成果不断涌现 1921 年，A. Stock 等人首次用氨气氨解氯硅烷制备出聚硅氮烷，开启了近一个世纪的研究历程。与主链以 Si-O 链为重复单元的聚硅氧烷相比，聚硅氮烷因自身相对活泼，易与水、极性化合物、氧等反应，保存和运输不便，且制备方法不完善，产物复杂、摩尔质量偏低，其开发和应用曾较为滞后 。不过，随着不断探索，瑞士 Clariant、日本 Teon、英国 Azelectronic Materials 推出了全氢聚硅氮烷；美国 Kion 有 “Ceraset” 牌号的聚脲硅氮烷、聚硅氮烷；美国 DowCorning 公司、德国 Bayer 也有部分产品；国内中科院化学研究所开发出 PSN 系列聚硅氮烷 ，这些商业化产品有力推动了聚硅氮烷的应用研究，特别是作为陶瓷前驱体的研究。
3.四个发展阶段，见证技术突破 回顾其发展，可分为四个阶段。20 世纪 20 年代，研究者尝试合成硅氮烷环体和低聚物并分类，A. Stock 做出开创性贡献，但发展缓慢。二战后，50-60 年代聚硅氧烷成功商业化，激发了对聚硅氮烷的研究热情，人们尝试用开环聚合等类似方法制备聚硅氮烷并研究性质，然而进展有限。1976 年，S. Yajima 等通过裂解聚硅烷得到 SiC 纤维（商品名 Nicalon），促使研究者聚焦聚硅氮烷，期望制备 Si₃N₄和 Si-C-N 纤维，此时聚硅氮烷可纺性及固化裂解成为研究重点，聚合物前驱体法也成为新型陶瓷制备方法（高温裂解特定聚合物制陶瓷）。到了 90 年代，R. Reidel 研究小组引入 B 元素制得耐温 2200℃的 Si-B-C-N 陶瓷，带动了改性聚硅氮烷研究，磁性 Si-Fe-C-N 陶瓷、抗菌 Si-Ag-C-N 陶瓷、抗结晶 Si-Zr-C-N 陶瓷等相继问世 。
4.多元应用领域，展现材料优势 聚硅氮烷主要用于 Si₃N₄或 Si-C-N 陶瓷前驱体，并在多领域拓展应用。在涂层方面，聚硅氮烷转化的 SiO₂或 SiCN 耐腐蚀、易与金属基底结合，是良好的耐高温防腐涂层材料，已有商品化产品用于汽车排气管等部件 。在制备多孔陶瓷材料上，其多样改性方法和良好成型能力，可采用多种成孔方式制备多孔 SiCN 陶瓷，满足过滤、催化等领域需求。在制备陶瓷 MEMS 组件、复合材料等方面也有应用。此外，聚硅氮烷作为树脂材料研究较少，但其可用于提高碳材料抗氧化性，提升碳纤维热稳定温度 。
5.国内发展现状，机遇挑战并存 在国内，有机硅产业链中聚硅氧烷占比超 90%，近年出现产能过剩。而聚硅氮烷领域发展不同，全球市场对陶瓷基材料需求增长，带动聚硅氮烷需求上升，预计 2022-2026 年年均复合增长率超 16.5% 。但聚硅氮烷制备工艺难，国外垄断市场且对我国禁售。国内虽有一定成果，但聚硅氮烷树脂涂料等仍被国外垄断，多数应用集中在陶瓷前驱体领域 。
6.未来研究热点，指明发展方向 未来，探索成熟高分子量聚硅氮烷合成方法、加强耐热性能研究、合成特定结构产品将成为研究热点 。