Ứng dụng của silicon

Các hợp chất

Hầu hết silicon được sử dụng công nghiệp mà không cần tinh chế và trên thực tế, thường được xử lý tương đối ít từ dạng bản địa của nó. Hơn 90 phần trăm lớp vỏ trái đất được tạo thành từ các khoáng chất silicat, là các hợp chất của silicon và oxy thường mang các ion kim loại trong khi tích điện âm Các anion silicat đòi hỏi các cation để cân bằng điện tích. Nhiều người có sử dụng thương mại ngay lập tức, chẳng hạn như đất sét, cát silica và hầu hết các loại đá xây dựng. Do đó, phần lớn việc sử dụng silicon là các hợp chất cấu trúc, như khoáng chất silicat hoặc silicon dioxide ( silicon dioxide thô) .silicates được sử dụng trong việc sản xuất xi măng Portland (chủ yếu là canxi silicat) được sử dụng để xây dựng vữa và vữa hiện đại cơ sở cho hầu hết các dự án xây dựng công nghiệp lớn nhất trong thế giới hiện đại.

Silica được sử dụng để tạo ra những viên gạch chịu lửa, một loại khoáng chất gốm. Thủy tinh Silicate Khoáng sản. Thủy tinh soda dựa trên silicon) thực hiện nhiều chức năng tương tự và cũng được sử dụng trong các cửa sổ và thùng chứa. Ngoài ra, các sợi thủy tinh dựa trên silica đặc biệt được sử dụng trong các sợi quang, cũng như trong các sợi quang, cũng như trong Việc sản xuất sợi thủy tinh để hỗ trợ kết cấu và len thủy tinh cho cách nhiệt.

Silicones thường được sử dụng trong các phương pháp điều trị chống thấm, các hợp chất đúc, chất giải phóng khuôn, hải cẩu cơ học, mỡ và sáp nhiệt độ cao, và các hợp chất caulking. Thêm axit boric vào dầu silicon. Các hợp chất silicon khác được sử dụng làm chất mài mòn công nghệ cao và gốm sứ cường độ cao mới dựa trên cacbua silicon. Silicon là một thành phần của một số siêu hợp đồng.

Hợp kim

Silicon nguyên tố được thêm vào gang nóng chảy dưới dạng hợp kim ferrosilicon hoặc canxi-silicon để cải thiện tính chất của các phần mỏng đúc và để ngăn chặn xi măng hình thành khi tiếp xúc với không khí bên ngoài. Hấp thụ oxy và do đó cho phép kiểm soát chặt hơn hàm lượng carbon của thép, phải được giữ trong giới hạn hẹp đối với từng loại thép. Việc sản xuất và sử dụng ferrosilicon là một chỉ số của ngành thép, và mặc dù hình thức silicon nguyên tố này rất không tinh khiết , nó chiếm 80% sử dụng silicon miễn phí trên thế giới. Silicon là một thành phần quan trọng của thép điện, thay đổi điện trở suất và tính chất sắt từ của chúng.

Các tính chất của silicon có thể được sử dụng để sửa đổi hợp kim với các kim loại khác ngoài sắt. "Lớp luyện kim " Silicon là silicon nguyên chất 95-99%. Khoảng 55% mức tiêu thụ silicon tinh khiết luyện kim thế giới được sử dụng trong việc sản xuất hợp kim nhôm-silicon (hợp kim silicon-nhôm) cho đúc nhôm, chủ yếu trong ngành công nghiệp ô tô. %. Silicon cũng làm tăng đáng kể độ cứng của nhôm, làm tăng khả năng chống mài mòn.

Thiết bị điện tử

Hầu hết các silicon nguyên tố được sản xuất vẫn là ferrosilicon, chỉ có khoảng 20% ​​được tinh chế thành độ tinh khiết của lớp luyện kim (tổng cộng 1,3-1,5 triệu tấn/năm). Ước tính 15% sản xuất silicon cấp độ luyện kim thế giới được tinh chỉnh thêm cho độ tinh khiết của chất bán dẫn. Đây thường là "chín mươi chín " hoặc 99.999999% nguyên chất, [98] vật liệu tinh thể đơn với ít lỗi.Silicon tinh thể đơn của độ tinh khiết này thường được sản xuất bởi các phương pháp kéo và được sử dụng để tạo ra các tấm silicon được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn, thiết bị điện tử và một số ứng dụng quang điện cao, chi phí cao. Kim loại, nó tiến hành các lỗ electron và electron được giải phóng từ các nguyên tử bằng nhiệt; Độ dẫn điện của silicon tăng theo nhiệt độ. Silicon có độ dẫn điện quá thấp (tức là, điện trở suất quá cao) để được sử dụng làm nguyên tố mạch trong thiết bị điện tử. Trong thực tế, silicon tinh khiết được pha tạp với nồng độ thấp của một số yếu tố khác, làm tăng đáng kể độ dẫn của nó và điều chỉnh phản ứng điện của nó bằng cách kiểm soát số lượng và điện tích (dương hoặc âm) của các chất mang hoạt hóa. Điều khiển là cần thiết cho các bóng bán dẫn, pin mặt trời, pin mặt trời, Các máy dò bán dẫn và các thiết bị bán dẫn khác được sử dụng trong ngành công nghiệp máy tính và các ứng dụng kỹ thuật khác. Trong Photonics silicon, silicon có thể được sử dụng làm môi trường laser raman sóng liên tục để tạo ra ánh sáng kết hợp.

Trong các mạch tích hợp chung, một wafer silicon đơn tinh thể đóng vai trò là hỗ trợ cơ học cho các mạch, được hình thành bởi doping và cách nhiệt với nhau bởi một lớp silicon mỏng, một oxit silicon dễ dàng được tạo ra trên bề mặt của silicon bởi một quá trình oxy hóa nhiệt. Chất cách điện hoặc quá trình oxy hóa cục bộ (locos), liên quan đến việc phơi bày các yếu tố với oxy trong các điều kiện thích hợp có thể được dự đoán bởi mô hình grove của thỏa thuận. Và hoạt động điện lớn nhất mà không bị phân hủy tuyết lở (một trận tuyết lở điện tử khi nhiệt tạo ra các electron và lỗ hổng miễn phí, lần lượt điều này vượt qua dòng điện hơn, tạo ra nhiều nhiệt hơn). Ngoài ra, oxit cách điện của silicon không hòa tan trong nước, làm cho nó vượt trội so với germanium (một nguyên tố có tính chất tương tự cũng được sử dụng trong các thiết bị bán dẫn) trong một số kỹ thuật sản xuất.

Silicon đơn tinh thể đắt tiền để sản xuất và thường chỉ được chứng minh trong việc sản xuất các mạch tích hợp, trong đó các khiếm khuyết tinh thể nhỏ can thiệp vào các đường mạch nhỏ. Silicon loại luyện kim (UMG-SI), được sử dụng để sản xuất các loại pin mặt trời mỏng chi phí thấp, diện tích lớn, khu vực lớn, chi phí thấp trong các ứng dụng như màn hình tinh thể lỏng. Một chút ít tinh khiết hoặc đa tinh thể hơn là hoàn toàn đơn tinh, được sản xuất với số lượng tương đương với silicon đơn tinh thể: 75.000 đến 150.000 tấn mỗi năm. Thị trường cho silicon thứ cấp đang tăng nhanh hơn so với silicon đơn tinh thể. Việc sản xuất polysilicon, chủ yếu được sử dụng trong pin mặt trời, dự kiến ​​sẽ đạt 200.000 tấn mỗi năm vào năm 2013, trong khi silicon chất bán dẫn đơn tinh thể dự kiến ​​sẽ duy trì dưới 50.000 tấn mỗi năm.

Chấm lượng tử

Các chấm lượng tử silicon được sản xuất bằng cách xử lý nhiệt hydro silsesquioxane vào các tinh thể nano của một vài nanomet thành một vài micromet, cho thấy các đặc tính phát quang phụ thuộc kích thước. Trên kích thước hạt, cho phép các ứng dụng trong màn hình chấm lượng tử và bộ tập trung mặt trời phát sáng. Một lợi ích của việc sử dụng các chấm lượng tử dựa trên silicon so với cadmium hoặc indium là bản chất không độc hại, không có kim loại của silicon. Ứng dụng khác của các chấm lượng tử silicon là Phát hiện các chất nguy hiểm. Cảm biến khai thác các đặc tính phát quang của các chấm lượng tử bằng cách làm dịu phát quang phát quang với sự hiện diện của các chất có hại. Có nhiều cách tiếp cận cho cảm biến hóa học nguy hiểm, một số trong đó là truyền electron, truyền năng lượng huỳnh quang và tạo ra quang điện. quỹ đạo (lumo) thấp hơn một chút so với dải dẫn của dấu chấm lượng tử, quá trình làm nguội điện tử xảy ra, cho phép chuyển các electron giữa hai, do đó ngăn chặn lỗ hổng và hiệu ứng điện tử. Hiệu ứng cũng có thể được đảo ngược quỹ đạo (HOMO) của phân tử nhà tài trợ hơi cao hơn cạnh dải hóa trị của chấm lượng tử, cho phép các electron chuyển giữa chúng, lấp đầy các lỗ và ngăn chặn sự tái hợp. . Phức hợp sẽ tiếp tục hấp thụ ánh sáng, nhưng khi năng lượng được chuyển sang trạng thái cơ bản, nó sẽ không giải phóng photon, làm nguội vật liệu. Cách tiếp cận thứ ba sử dụng một cách tiếp cận khác, bằng cách đo dòng quang phát ra từ các chấm lượng tử thay vì Giám sát một màn hình phát quang. Nếu nồng độ của hóa chất mong muốn được tăng lên, dòng quang phát ra từ các thay đổi tinh thể nano trong phản ứng.