کاربردهای سیلیکون

ترکیبات

بیشتر سیلیکون از نظر صنعتی و بدون تصفیه مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع ، معمولاً نسبتاً کمی از شکل بومی آن پردازش می شود. بیش از 90 درصد از پوسته زمین از مواد معدنی سیلیکات تشکیل شده است ، که ترکیباتی از سیلیکون و اکسیژن هستند که غالباً یون های فلزی را در عین حال با بار منفی حمل می کنند. آنیونهای سیلیکات به کاتیونها نیاز دارند تا هزینه را متعادل کنند. بسیاری از اینها از این کار استفاده های تجاری فوری ، مانند خاک رس ، ماسه سیلیس و بیشتر سنگهای ساختمان دارند. بنابراین ، اکثریت قریب به اتفاق استفاده های سیلیکون به عنوان ترکیبات ساختاری هستند ، مانند مواد معدنی سیلیکات یا دی اکسید سیلیکون ( دی اکسید سیلیکون درشت). از سیلیس ها در ساخت سیمان پورتلند (عمدتا سیلیکات کلسیم) مورد استفاده در خمپاره های ساختمان و گچ های مدرن استفاده می شود ، اما مهمتر از همه ، با شن و ماسه سیلیس (اغلب حاوی مواد معدنی سیلیکات مانند گرانیت) ترکیبی ، بتن است. مبنای بیشتر بزرگترین پروژه های ساختمانی صنعتی در دنیای مدرن.

سیلیس برای ساختن آجرهای نسوز استفاده می شود ، نوعی سرامیک. مواد معدنی سرامیک نیز در سرامیک های سفید یافت می شوند ، طبقه مهمی از محصولات که اغلب حاوی انواع مختلفی از مواد معدنی خاک رس (Phyllosilicates طبیعی) هستند. کولینیت سیلیس کولینیت. شیشه سنتی (شیشه سودا آهک مبتنی بر سیلیکون) بسیاری از همان کارکردها را انجام می دهد و در ویندوز و ظروف نیز استفاده می شود. علاوه بر این ، الیاف شیشه ای مبتنی بر سیلیس در الیاف نوری و همچنین در استفاده می شود. تولید الیاف شیشه ای برای پشتیبانی ساختاری و پشم شیشه ای برای عایق حرارتی.

سیلیکون ها معمولاً در درمان های ضد آب ، ترکیبات قالب گیری ، عوامل آزاد سازی قالب ، مهر و موم های مکانیکی ، گریس های درجه حرارت بالا و موم و ترکیبات گلدان استفاده می شوند. از سیلیون ها نیز در کاشت پستان ، لنزهای تماسی ، مواد منفجره و آتش بازی استفاده می شود. اضافه کردن اسید بوریک به روغن سیلیکون. ترکیبات سیلیکون دیگر به عنوان ساینده با تکنولوژی بالا و سرامیک های جدید با استحکام بالا مبتنی بر کاربید سیلیکون استفاده می شوند. سیلیکون جزء برخی از سوپریالی ها است.

آلیاژ

سیلیکون ابتدایی به شکل آلیاژهای فروسیلیکون یا کلسیم سیلیکون به چدن مذاب اضافه می شود تا خواص بخش های نازک ریخته گری را بهبود بخشد و از تشکیل سیمان در هنگام قرار گرفتن در معرض هوای خارج جلوگیری کند. حضور عنصر سیلیکون در آهن مذاب به عمل می آید اکسیژن را جذب می کند و بنابراین امکان کنترل محکم تر میزان کربن فولاد را فراهم می کند ، که باید برای هر نوع فولاد در محدوده باریک نگه داشته شود. تولید و استفاده از Ferrosilicon نشانگر صنعت فولاد است و اگرچه این شکل سیلیکون ابتدایی بسیار ناخالص است این 80 ٪ از استفاده از سیلیکون رایگان جهان را تشکیل می دهد. Silicon یک مؤلفه مهم از فولادهای الکتریکی است و مقاومت الکتریکی آنها و خواص فرومغناطیسی آنها را تغییر می دهد.

از خواص سیلیکون می توان برای اصلاح آلیاژها با فلزات غیر از آهن استفاده کرد. سیلیکون "درجه متالورژی " سیلیکون است که 95-99 ٪ خالص است. حدود 55 ٪ از مصرف سیلیکون خالص متالورژی جهان در تولید آلیاژهای آلومینیوم سیلیکون (آلیاژهای سیلیکون-آلومینیوم) برای ریخته گری های آلومینیومی استفاده می شود ، عمدتا در صنعت خودرو. اهمیت سیلیکون در ریخته گری های آلومینیومی این است که مقدار قابل توجهی (12 ٪) از سیلیکون در آلومینیوم یک مخلوط eutectic را تشکیل می دهد که با انقباض کمی از گرما جامد می شود. این به دلیل استرس ، پارگی و ترک خوردگی را به شدت کاهش می دهد زیرا آلیاژ ریخته گری برای جامد شدن است. سیلیکون همچنین به طور قابل توجهی سختی آلومینیوم را افزایش می دهد ، که باعث افزایش مقاومت در برابر سایش می شود.

الکترونیک

بسیاری از سیلیکون های ابتدایی تولید شده هنوز هم فروسیلیکون است که تنها حدود 20 ٪ به خلوص درجه متالورژی (در کل 1.3-1.5 میلیون تن در سال) تصفیه می شوند. تخمین زده می شود 15 ٪ از تولید سیلیکون درجه متالورژیکی جهان بیشتر به خلوص نیمه هادی تصفیه می شود. این معمولاً "نود و نه" یا 99.9999999 ٪ خالص است ، [98] مواد کریستالی منفرد با نقص اندک.سیلیکون کریستالی تک این خلوص به طور معمول با استفاده از روشهای کشویی تولید می شود و برای تولید ویفرهای سیلیکونی مورد استفاده در صنعت نیمه هادی ، الکترونیک و برخی از کاربردهای فتوولتائیک با راندمان بالا استفاده می شود. سیلیکون Pure یک نیمه هادی ذاتی است ، به این معنی که بر خلاف ، بر خلاف آن فلزات ، سوراخ های الکترون و الکترونهایی را که از طریق اتم ها با گرما آزاد می شوند ، انجام می دهد. هدایت الکتریکی سیلیکون با دما افزایش می یابد. Pure Silicon دارای هدایت الکتریکی خیلی کم (یعنی مقاومت بسیار بالایی) است که به عنوان یک عنصر مدار در الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد. در عمل ، سیلیکون خالص با غلظت کم برخی از عناصر دیگر دوپ شده است ، که هدایت آن را تا حد زیادی افزایش می دهد و پاسخ الکتریکی آن را با کنترل تعداد و بار (مثبت یا منفی) حامل های فعال تنظیم می کند. آشکارسازهای نیمه هادی و سایر دستگاههای نیمه هادی مورد استفاده در صنعت کامپیوتر و سایر کاربردهای فنی. در فوتونیک سیلیکون ، سیلیکون می تواند به عنوان یک محیط لیزر رامان موج مداوم برای تولید نور منسجم استفاده شود.

در مدارهای مشترک یکپارچه ، یک ویفر سیلیکون تک کریستالی به عنوان پشتیبانی مکانیکی مدارها ، که توسط دوپینگ تشکیل می شوند و توسط یک لایه نازک از اکسید سیلیکون ، یک اکسید سیلیکون که به راحتی در سطح سیلیکون تولید می شود ، تشکیل می شود. با یک فرآیند اکسیداسیون حرارتی. عایق یا اکسیداسیون موضعی (LOCOS) ، که شامل قرار گرفتن در معرض عناصر در اکسیژن در شرایط مناسب است که می تواند توسط مدل معامله و خرید پیش بینی شود. Silicon به محبوب ترین ماده برای نیمه هادی های پرقدرت و مدارهای یکپارچه تبدیل شده است زیرا می تواند در برابر بالاترین درجه حرارت مقاومت کند. و بزرگترین فعالیت الکتریکی بدون تحمل بهمن بهمن (یک بهمن الکترونی هنگام گرما ، الکترون ها و سوراخ های رایگان ایجاد می کند ، که این به نوبه خود جریان بیشتری را پشت سر می گذارد و گرمای بیشتری را ایجاد می کند). همچنین ، اکسید عایق سیلیکون در آب نامحلول است ، و این باعث می شود که در برخی از تکنیک های تولیدی از ژرمانیوم (عنصری با خواص مشابه که در دستگاه های نیمه هادی نیز استفاده می شود) برتر باشد.

سیلیکون تک کریستالی برای تولید گران است و معمولاً فقط در تولید مدارهای یکپارچه توجیه می شود ، جایی که نقص های کریستالی ریز در مسیرهای مدار کوچک تداخل دارند. برای سایر موارد ، انواع دیگر سیلیکون خالص قابل استفاده است. این موارد شامل سیلیکون آمورف هیدروژنه شده و به روز شده است. سیلیکون درجه متالورژیکی (UMG-SI) ، برای تولید الکترونیک کم هزینه ، بزرگ و بزرگ و سلولهای خورشیدی با کمترین هزینه ، کم هزینه در برنامه هایی مانند نمایشگرهای کریستالی مایع استفاده می شود. این درجه نیمه هادی سیلیکون است که یا است کمی کمتر خالص یا پلی کریستالی به جای مونوکریستالی ، در مقادیر قابل مقایسه با سیلیکون مونوکریستالی تولید می شود: 75،000 تا 150،000 تن در سال. بازار سیلیکون ثانویه سریعتر از سیلیکون مونوکریستالی در حال رشد است. تولید پلی سیلیکون ، که در درجه اول در سلولهای خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد ، پیش بینی می شود تا سال 2013 به 200000 تن در سال برسد ، در حالی که پیش بینی می شود سیلیکون با درجه نیمه هادی مونوکریستالی زیر 50،000 تن در سال باقی بماند.

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی سیلیکون توسط سیلیس هیدروژن هیدروژن با گرما به نانوکریستال های چند نانومتر به چند میکرومتر تولید می شود ، که نشان دهنده خصوصیات لومینسانس وابسته به اندازه است. nanocrystals شیفت های استوکی های بزرگ را نشان می دهد ، تبدیل فوتون ها در محدوده ماوراء بنفش به فوتون ها در قسمت های دیدنی یا زیرزمینی ، بسته بندی یا زیر مرخصی ، بسته بندی ، به صورت زیرنویس ، بسته بندی ، بسته بندی یا زیر مرزی ، در اندازه ذرات ، اجازه کاربرد در نمایشگرهای کوانتومی نقطه و غلظت خورشیدی درخشان. یکی از مزایای استفاده از نقاط کوانتومی مبتنی بر سیلیکون در مقایسه با کادمیوم یا ایندیم ماهیت غیر سمی و عاری از فلز سیلیکون است. استفاده دیگر از نقاط کوانتومی سیلیکون است. تشخیص مواد خطرناک. سنسور با خاموش کردن فوتولومینسانس در حضور مواد مضر ، از خواص درخشان نقاط کوانتومی سوء استفاده می کند. روشهای زیادی برای سنجش شیمیایی خطرناک وجود دارد که برخی از آنها انتقال الکترونی ، انتقال انرژی رزونانس فلورسانس و تولید فتوژورنت است. مداری (LUMO) کمی پایین تر از باند هدایت نقطه کوانتومی است ، خاموش شدن انتقال الکترون رخ می دهد و امکان انتقال الکترون ها بین این دو را فراهم می کند و از این طریق می توان از سوراخ و کامپوزیت الکترونیکی جلوگیری کرد. این اثر نیز می تواند معکوس شود ، با بالاترین مولکولی اشغال شده مداری (HOMO) مولکول اهدا کننده کمی بالاتر از لبه باند Valence نقطه کوانتومی ، اجازه می دهد تا الکترون ها بین آنها منتقل شوند ، سوراخ ها را پر کنند و از نوترکیب جلوگیری کنند. . این مجموعه همچنان به جذب نور ادامه خواهد داد ، اما هنگامی که انرژی به حالت زمین تغییر می یابد ، فوتون را آزاد نمی کند و مواد را خاموش می کند. رویکرد سوم با اندازه گیری فوتوکورنت ساطع شده توسط نقاط کوانتومی به جای اینکه از یک روش متفاوت استفاده کند. اگر غلظت مواد شیمیایی مورد نظر افزایش می یابد ، نورپردازی با تغییرات نانوکریستال در پاسخ ساطع می شود.