Í hverju er sílikon notað?

Inngangur

Kísill er efnafræðilegt frumefni með táknið Si og lotunúmerið 14. Það er hart og brothætt kristallað fast efni með blágráum málmgljáa og er fjórgilt málmefni og hálfleiðari. Kísill er áttunda algengasta frumefnið í alheiminum miðað við massa, en kemur mjög sjaldan fyrir sem hreina frumefnið í jarðskorpunni, er aðallega að finna í kísil sem og ýmsum súlfati og askorbat steinefnum.

Kísill hefur breitt úrval af forritum, þar á meðal notkun þess í hálfleiðurum, samþættum hringrásum og sólarsellum. Það er einnig notað við framleiðslu á ákveðnum gerðum af gleri, keramik og eldföstum efnum. Í þessari grein munum við kanna mismunandi notkun kísils í smáatriðum.

Hálfleiðarar og samþættir hringrásir

Ein mikilvægasta notkun kísils er í framleiðslu á hálfleiðurum og samþættum hringrásum. Raunar er rafeindaiðnaðurinn stærsti neytandi sílikons. Einstakir rafeiginleikar Silicon gera það að kjörnu efni til notkunar í örraeindatækni, sem er grunnurinn að mörgum nútímatækni eins og tölvum og snjallsímum.

Hálfleiðarar eru efni sem hafa eiginleika milli leiðara (efni sem leyfa rafmagni að fara auðveldlega í gegnum þá) og einangrunarefni (efni sem hleypa ekki rafmagni auðveldlega í gegnum þá). Þegar lítið magn af óhreinindum er bætt við sílikon verður það hálfleiðari. Þetta ferli er kallað lyfjanotkun og óhreinindin sem bætast við eru þekkt sem lyfjaefni.

Með því að bæta stýrðu magni dópefna í sílikon er hægt að búa til p-gerð og n-gerð hálfleiðara, sem hafa mismunandi rafeiginleika. Þessir hálfleiðarar eru undirstaða rafeindaíhluta eins og díóða, smára og samþættra hringrása.

Innbyggðar rafrásir eru smá rafrásir sem eru samsettar úr þúsundum eða jafnvel milljónum einstakra smára og annarra íhluta. Þau eru notuð í margs konar rafeindabúnað, allt frá einföldum reiknivélum til flókinna ofurtölva.

Sólarsellur

Önnur mikilvæg notkun kísils er í framleiðslu á sólarsellum. Sólarsellur, einnig þekktar sem ljósafrumur, eru tæki sem breyta sólarljósi í raforku.

Flestar sólarsellur eru gerðar úr sílikoni, sem er fullkominn hálfleiðari fyrir þetta forrit. Kísill hefur hið fullkomna orkubil á milli gildis- og leiðnisviða, sem gerir það kleift að taka upp breitt svið ljóstíðni og breyta þeim í raforku.

Ferlið við að búa til sílikon sólarsellu felur í sér nokkur skref. Í fyrsta lagi er ofurhreint sílikon dópað með litlu magni af bór eða fosfór til að búa til pn tengi. Þessi tengi eru síðan húðuð með þunnu lagi af endurskinsvarnarefni til að draga úr ljósmagni sem tapast við endurkast.

Þegar sólarljós skellur á sólarseluna frásogast það af sílikoninu sem veldur því að rafeindir eru spenntar frá gildissviðinu til leiðnibandsins. Þessum rafeindum er síðan safnað saman af málmleiðurum efst og neðst á sólarsellunni, sem skapar rafstraumsflæði.

Gler og keramik

Kísill er einnig mikið notaður við framleiðslu á ákveðnum tegundum glers og keramik. Til dæmis er kísil (SiO2) aðalhluti margra glertegunda, þar á meðal gluggagler, sjóngler og glervörur á rannsóknarstofu.

Kísli er bætt við gler til að bæta vélræna og varma eiginleika þess. Það gefur einnig gleri einkennandi gegnsæi og hörku. Að auki er sílikon notað til að búa til keramik efni eins og leir, postulín og glerung.

Kísilkarbíð (SiC), efnasamband kísils og kolefnis, er notað til að búa til margs konar hágæða keramik. Þetta keramik er notað í forritum eins og skurðarverkfærum, slípiefni og háhita eldföstum efnum.

Niðurstaða

Að lokum, kísill er fjölhæfur þáttur með fjölbreytt úrval af forritum. Einstakir rafeiginleikar þess gera það að verkum að það er tilvalið efni til notkunar í öreindatækni, en geta þess til að umbreyta sólarljósi í raforku gerir það að mikilvægum þáttum í framleiðslu sólarrafhlöðu.

Kísill er einnig mikið notaður í gler- og keramikiðnaði, þar sem það er metið fyrir vélræna og varma eiginleika. Eftir því sem tæknin heldur áfram að þróast, getum við búist við að sjá enn frekar nýstárlega notkun fyrir þennan ótrúlega þátt í framtíðinni.