Применение кремния

Соединения

Самый кремний используется в промышленности без очистки и, на самом деле, обычно относительно мало обрабатывается из его родной формы. Более 90 процентов земной коры состоит из силикатных минералов, которые представляют собой соединения кремния и кислорода, которые часто несут ионы металлов, в то время как отрицательно заряженные Силикатные анионы требуют, чтобы катионы сбалансировали заряд. Многие из них имеют немедленное коммерческое использование, такое как глина, кремнежный песок и большинство строительных камней. Таким образом, подавляющее большинство применений кремния являются как структурные соединения, как силикатные минералы или диоксид кремния ( грубый диоксид кремния). Силикаты используются при изготовлении портлендского цемента (в основном кальциевого силиката), используемого в строительных растворах и современных укусах, но, что более важно, с кремнезема Основа для большинства крупнейших промышленных строительных проектов в современном мире.

Силика используется для изготовления рефрактерных кирпичей, тип керамики. Силикатные минералы также обнаруживаются в белой керамике, важный класс продуктов, которые часто содержат различные типы выстрелов. Силикатный минеральный каолинит. Традиционное стекло (на основе кремниевого содового стекла) выполняет многие из тех же функций, а также используется в окнах и контейнерах. В добавлении специальные стеклянные волокна на основе кремнезема используются в оптических волокнах, а также в в Производство стеклянных волокон для структурной опоры и стеклянной шерсти для теплоизоляции.

Силиконы обычно используются при гидроизоляционных обработках, формованных соединениях, средствах высвобождения плесени, механических уплотнениях, высокотемпературных смазаниях и восках, а также к скорлубы. Добавление борной кислоты в силиконовое масло. Другие кремниевые соединения используются в качестве высокотехнологичных абразивов и новой высокопрочной керамики на основе карбида кремния. Кремний является компонентом некоторых суперсплавов.

Сплавы

Элементный кремний добавляется в расплавленное чугун в форме сплавов ферросиликона или кальция-силикона для улучшения свойств литых тонких срезов и предотвращения формирования цементита при воздействии внешнего воздуха. Присутствие элемента кремния в расплавленном железе действует, чтобы Поглощайте кислород и, таким образом, позволяет более плотно контролировать содержание углерода в стали, которое должно храниться в узких пределах для каждого типа стали. Производство и использование Ferrosilicon являются показателем стальной промышленности, и хотя эта форма элементарного кремния очень нечистая , на него приходится 80% свободного использования кремния в мире. Силикон является важным компонентом электрических сталей, изменяя их электрическое удельное сопротивление и ферромагнитные свойства.

Свойства кремния можно использовать для модификации сплавов с помощью металлов, отличных от железа. "Металлургический сорт " Силикон-кремний, который на 95-99% чисто. Около 55% металлургического чистого потребления кремния в мире используется в производстве алюминиевых сплавов (кремниевые алюминиевые сплавы) для алюминиевых отливок, в основном в автомобильной промышленности. %) кремния в алюминии образует эвтектическую смесь, которая затвердевает с небольшим усадкой тепла. Это значительно уменьшает разрывы и растрескивание из -за напряжения, когда литой сплав охлаждается для затвердевания. Кремний также значительно увеличивает твердость алюминия, что повышает устойчивость к износу.

Электроника

Большая часть производимого элементарного кремния по-прежнему остается ферросиликоном, причем только около 20% уточняется до чистоты металлургического уровня (в общей сложности 1,3-1,5 млн. Метрических тонн/год). По оценкам, 15% мирового производства кремния в мире дополнительно уточняется до чистоты полупроводника. Это обычно состоит из девяносто девять »или 99,999999% чистого, [98] монокристаллического материала с небольшим количеством дефектов.Монокристаллический кремний этой чистоты обычно производится методами тяги и используется для производства кремниевых пластин, используемых в полупроводниковой промышленности, электронике и некоторых дорогостоящих, высокоэффективных фотоэлектрических приложениях. Кремний-это внутренний полупроводник, что означает, что, в отличие от того, что нельзя. Металлы, он проводит электронные отверстия и электроны, высвобождаемые из атомов на тепло; Электрическая проводимость кремния увеличивается с температурой. Кремниевое местоположение имеет слишком низкую электрическую проводимость (то есть слишком высокое удельное сопротивление) для использования в качестве элемента схемы в электронике. На практике чистый кремний легируют низкими концентрациями некоторых других элементов, что значительно повышает его проводимость и настраивает его электрический ответ, контролируя количество и заряд (положительный или отрицательный) активированных носителей. Такой контроль необходим для транзисторов, солнечных элементов, Полупроводниковые детекторы и другие полупроводниковые устройства, используемые в компьютерной промышленности и других технических приложениях. В кремниевой фотонике кремниевый кремний можно использовать в качестве непрерывной волны рамановской лазерной среды для создания когерентного света.

В общих интегрированных схемах, кремниевая пластина с мокристаллом служит механической поддержкой цепей, которые образуются легированием и изолированы друг от друга тонким слоем оксида кремния, оксидом кремния, который легко продуцируется на поверхности силикона с помощью процесса теплового окисления. Изолятор или локализованное окисление (локомоты), которое включает в себя воздействие элементов кислорода в соответствующих условиях, которые могут быть предсказаны моделью сделки -гровых. и наибольшая электрическая активность без страдания лавины (электронная лавина, когда тепло создает свободные электроны и отверстия, что, в свою очередь, проходит больше тока, генерируя больше тепла). Кроме того, изоляционный оксид кремния нерастворим в воде, что делает его превосходящим германия (элемент с аналогичными свойствами, который также используется в полупроводниковых устройствах) в некоторых методах производства.

Силикон с однокристаллом дороги в производстве и обычно оправдывается только в производстве интегрированных цепей, где крошечные кристаллические дефекты мешают крошечным путям цепи. Для других применений можно использовать другие типы чистого кремния. Они включают гидрогенизированный аморфный кремниевый Металлургический кремний (UMG-SI), используемый для получения недорогих, большой области электроники и низкокачественных тонкопленочных солнечных элементов в таких приложениях, как жидкокристалл. Немного менее чистого или поликристаллического, а не монокристаллического, вырабатывается в сопоставимых количествах с монокристаллическим кремнием: от 75 000 до 150 000 метрических тонн в год. Рынок вторичного кремния растет быстрее, чем монокристаллический кремний. Ожидается, что производство Polysilicon, в основном используемой в солнечных батареях, к 2013 году достигнет 200 000 метрических тонн в год, в то время как кремниевым монокристаллическим полупроводниковым классом, как ожидается, останется ниже 50 000 тонн в год.

Квантовые точки

Квантовые квантовые точки кремниевого водорода продуцируются на нанокристаллах из нескольких нанометров в несколько микрометров, демонстрирующих свойства люминесценции, зависящие от размера. по размеру частиц, позволяющий применять на квантовые точечные дисплеи и светящийся солнечный концентратор. Одной из преимуществ использования квантовых точек на основе кремния по сравнению с кадмием или индий Обнаружение опасных веществ. Датчики эксплуатируют люминесцентные свойства квантовых точек, гасив фотолюминесценцию в присутствии вредных веществ. Существует множество подходов к опасному химическому восприятию, некоторые из которых являются переносом электрона, резонансной переносом флуоресцентного резонанса и генерации фототока. Орбитал (LUMO) немного ниже, чем полоса проводимости квантовой точки, возникает гашение переноса электрона, что позволяет переносить электроны между ними, тем самым предотвращая отверстие и электронную композицию. Эффект также может быть изменен, с самым высоким занятым молекулярным. Орбитальная (гомо) молекулы доноров, немного выше края валентной полосы квантовой точки, позволяя электронам переносить между ними, заполняя отверстия и предотвращение рекомбинации. Флуоресцентная резонансная перенос энергии происходит, когда комплекс образуется между квантовой точкой и молекулой кафетки . Комплекс будет продолжать поглощать свет, но когда энергия переключается на основное состояние, он не выпустит фотон, гасит материал. Третий подход использует другой подход, измеряя фотоотоку, излучаемый квантовыми точками, а не Мониторинг фотолюминесцентного отображения.