سیلیکون متال چیست

سیلیکون یا سیلیس (Si)، دومین عنصر فراوان پوسته زمین بعد از اکسیژن با 27.7 درصد فراوانی است. نام سیلیکون از نام لاتین آن که “سیلیس” به معنای سنگ سخت است، گرفته شده است. اولین سیلیکون ناخالص در سال 1811 شناسایی شد; اما اولین سیلیکون کریستاله در سال 1854 وقتی به عنوان محصول الکترولیز بدست آمد، کشف شد. ساخت شیشه حاوی سیلیس توسط مصری ها، حداقل از اوایل سال 1500 قبل از میلاد مسیح انجام می شد. مطمئناً ، بسیاری از ترکیبات طبیعی به نام سیلیکات در انواع ملات برای ساخت خانه ها توسط قدیمی ترین افراد استفاده می شده است.

مشخصات سیلیکون
عدد اتمی	14
وزن اتمی	28.086
دمای ذوب	1,410 °C (2,570 °F)
دمای جوش	3,265 °C (5,909 °F)
چگالی	2.33 grams/cm3

محل پیدایش سیلیکون

رخداد

بر اساس وزن، فقط اکسیژن از میزان فراوانی سیلیسیم در پوسته زمین فراتر می رود. اعتقاد بر این است که سیلیکون یک محصول کیهانی برا اثر جذب ذرات آلفا، در دمای حدود 109 K، توسط هسته های کربن 12، اکسیژن 16 و نئون 20 است. انرژی اتصال ذرات تشکیل دهنده هسته سیلیکون حدود 8.4 میلیون الکترون ولت (MeV) در هر نوکلئون (پروتون یا نوترون) است. در مقایسه با حداکثر حدود 7.7 میلیون الکترون ولت برای هسته آهن، تقریباً دو برابر سیلیکون، این رقم نشان دهنده ثبات نسبی هسته سیلیکون است.

پیدایش

سیلیکون خالص بسیار واکنش پذیر است به طوری که در طبیعت یافت نمی شود; اما تقریباً در همه سنگها و همچنین شن و ماسه، خاک رس و خاک وجود دارد. یا با اکسیژن به عنوان سیلیکا (SiO2، دی اکسید سیلیسیم) و یا با اکسیژن و عناصر دیگر ترکیب می شود، به عنوان مثال، آلومینیوم، منیزیم، کلسیم، سدیم، پتاسیم یا آهن که به عنوان سیلیکات شناخته می شوند. فرم اکسید شده، به عنوان دی اکسید سیلیسیم و به ویژه به عنوان سیلیکات ها، در پوسته زمین نیز رایج است و یکی از اجزای مهم گوشته زمین است.

در ترکیبات، دی اکسید سیلیکون هم در مواد معدنی بلوری (به عنوان مثال کوارتز، کریستوبالیت، تریدیمیت) و هم در املاح آمورف یا به ظاهر آمورف (به عنوان مثال عقیق، اوپال، کلسدونی) در تمام مناطق زمینی وجود دارد. سیلیکات های طبیعی با فراوانی، توزیع گسترده و پیچیدگی های ساختاری و ترکیبی مشخص می شوند. مواد معدنی مهم سیلیکات شامل رس ها، فلدسپات، الیوین، پیروکسن، آمفیبول ها، میکاها و زئولیت ها است.

خواص عنصر سیلیکون

سیلیکون متال با کاهش سیلیس (SiO2) با کک در کوره الکرتیکی به صورت تجاری تولید می شود و سپس محصول ناخالص پالایش می شود. در مقیاس کوچک، سیلیسیم را می توان از اکسید آن بوسیله احیا با آلومینیوم بدست آورد. تقریباً سیلیسیم خالص با کاهش تتراکلرید سیلیکون یا تری کلروسیلان بدست می آید. برای استفاده در دستگاههای الکترونیکی، کریستالهای منفرد با بیرون کشیدن آهسته بلورهای دانه از سیلیکون مذاب رشد می کنند.

سیلیکون خالص یک جامد سخت و خاکستری تیره با جلای فلزی و دارای ساختار بلوری هشت ضلعی همان فرم الماس کربن است که سیلیکون شباهت های شیمیایی و فیزیکی زیادی به آن نشان می دهد. کاهش انرژی پیوند در سیلیکون کریستالی باعث می شود که این عنصر انرژی ذوب کم تر، نرم تر و از نظر شیمیایی واکنش پذیرتر از الماس باشد. یک فرم سیلیکون قهوه ای، پودری و بی شکل توصیف شده است که دارای ساختار ریز بلوری نیز می باشد.

کاربرد های سیلیکون متال

کاربرد ها در صنایع الکترونیکی

ساختار اتمی سیلیکون آن را به یک نیمه هادی بسیار مهم تبدیل کرده و سیلیکون مهمترین نیمه هادی در بخش الکترونیک و فناوری است. افزودن عنصری مانند بور، اتمی از آن می تواند جایگزین اتم سیلیسیم در ساختار بلوری شود اما یک الکترون ظرفیت کمتر (بور یک الکترونگاتیو است) نسبت به سیلیکون فراهم می کند، به اتم های سیلیسیم اجازه می دهد تا الکترون ها را از دست بدهند. حفره های مثبتی که با تغییر الکترون ایجاد می شود، نیمه هادی خارجی را از نوعی که به آن مثبت گفته می شود (p)، تشکیل می دهد. افزودن عنصری مانند آرسنیک، اتمی از آن می تواند جایگزین اتم سیلیسیم در کریستال شود اما یک الکترون با ظرفیت اضافی فراهم می کند (آرسنیک یک الکتروپازیتیو است) ، الکترون خود را در داخل شبکه آزاد می کند. این الکترونها نیمه هادی از نوع منفی (n) تشکیل می دهند.

سیلیکون بسیار خالص، ترکیب شده با عناصری مانند بور، فسفر و آرسنیک، معمولاً به عنوان وافر سیلیکون شناخته می شود و ماده اصلی مورد استفاده در تراشه های رایانه، مدارهای مجتمع، ترانزیستورها، دیودهای سیلیکون، نمایشگرهای کریستال مایع و انواع مختلف است سایر دستگاه های الکترونیکی و سوئیچینگ است.

اگر وافر های p-سیلیکون و n-سیلیکون به هم متصل شوند ، به روشی به نام اتصال p – n، و در معرض نور خورشید قرار بگیرند، انرژی جذب شده باعث می شود که الکترون ها از طریق محل اتصال حرکت کرده و جریان الکتریکی در یک مدار خارجی متصل شود. وافر چنین سلول خورشیدی منبع انرژی دستگاه های فضایی است و در دستگاه های انرژی خورشیدی به عنوان منبع انرژی تجدید پذیر یافت می شود.

کاربرد ها در صنایع متالورژی

سیلیکون با خلوص کمتر در متالورژی به عنوان یک عامل احیا کننده و به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولاد، آلومینیوم، برنج و برنز استفاده می شود.

تولید کنندگان آلومینیوم از آن برای بهبود خواص مفید آلومینیوم استفاده می کنند. زمانی که سیلیسیم با آلومینیوم استفاده می شود، قابلیت ریخته گری، سختی و مقاومت آن را بهبود می بخشد. علاوه بر این، تقاضای آلومینیوم در سال های اخیر هم در کشور های توسعه یافته و هم در حال توسعه به طور پیوسته در حال رشد است. به همین دلیل تقاضای مواد سبک تر و اقتصادی تر موجب رشد مصرف فلز سیلیکون توسط تولید کنندگان آلومینیوم شده است.