Applications du silicium

Composés

Le plus de silicium est utilisé industriellement sans purification et, en fait, est généralement relativement peu traité à partir de sa forme indigène. Plus de 90% de la croûte terrestre est composée de minéraux de silicate, qui sont des composés de silicium et d'oxygène qui transportent souvent des ions métalliques tout en étant chargés négativement chargés Les anions silicate nécessitent des cations pour équilibrer la charge. Dioxyde de silicium grossier). Les silicates sont utilisés dans la fabrication du ciment Portland (principalement du silicate de calcium) utilisé dans la construction de mortiers et de stucs modernes, mais plus important encore, avec du sable de silice et du gravier (contenant souvent des minéraux de silicate tels que le granit) combinés, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le béton, le béton est le b 'Le b' base de la plupart des plus grands projets de construction industrielle du monde moderne.

La silice est utilisée pour fabriquer des briques réfractaires, un type de céramique. Le verre de kaolinite minéral au silicate. La production de fibres de verre pour le support structurel et la laine de verre pour l'isolation thermique.

Les silicones sont couramment utilisées dans les traitements d'étanchéité, les composés de moulage, les agents de libération de moisissure, les joints mécaniques, les graisses et les cires à haute température, les composés de calfeutrage. Ajout de l'acide borique à l'huile de silicone. Les autres composés de silicium sont utilisés comme abrasifs de haute technologie et de nouvelles céramiques à haute résistance à base de carbure de silicium. Le silicium est une composante de certains superalliages.

Alliages

Le silicium élémentaire est ajouté à la fonte fondu sous forme d'alliages de ferrosilicon ou de calcium-silicium pour améliorer les propriétés des coupes minces coulées et pour empêcher le cimentite de se former lorsqu'il est exposé à l'air extérieur. La présence du silicium élément dans le fer en fusion agit pour Absorber l'oxygène et permet donc un contrôle plus stricte de la teneur en carbone de l'acier, qui doit être maintenu dans des limites étroites pour chaque type d'acier. , il représente 80% de l'utilisation du silicium libre au monde. Silicon est un élément important des aciers électriques, modifiant leur résistivité électrique et leurs propriétés ferromagnétiques.

Les propriétés du silicium peuvent être utilisées pour modifier les alliages avec des métaux autres que le fer. "Grade métallurgique " Le silicium est du silicium qui est de 95 à 99% pur. Environ 55% de la consommation métallurgique pure de silicium mondiale est utilisée dans la production d'alliages en aluminium-silicium (alliages en silicium-aluminium) pour les moulages en aluminium, principalement dans l'industrie automobile. L'importance du silicium dans les moulages en aluminium est que la quantité significative (12 %) de silicium en aluminium forme un mélange eutectique qui se solidifie avec peu de retrait thermique. Le silicium augmente également considérablement la dureté de l'aluminium, ce qui augmente la résistance à l'usure.

Électronique

La plupart des siliciums élémentaires produits sont toujours du ferrosilicon, avec seulement 20% d'environ 20% à la pureté de qualité métallurgique (un total de 1,3 à 1,5 million de tonnes / an). On estime que 15% de la production mondiale de silicium de qualité métallurgique est encore affinée pour la pureté des semi-conducteurs. Il s'agit généralement de "quatre-vingt-dix-neuf " ou 99,9999999% pur, [98] un monocristal avec peu de défauts.Le silicium monocristalle de cette pureté est généralement produit par des méthodes de traction et est utilisé pour produire des plaquettes de silicium utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs, l'électronique et certaines applications photovoltaïques à haute efficacité à haute efficacité. métaux, il mène des trous d'électrons et des électrons libérés des atomes par chaleur; La conductivité électrique du silicium augmente avec la température. Le silicium sûr a une conductivité électrique trop faible (c'est-à-dire une résistivité trop élevée) pour être utilisée comme élément de circuit en électronique. Dans la pratique, le silicium pur est dopé à de faibles concentrations de certains autres éléments, qui augmentent considérablement sa conductivité et accorde sa réponse électrique en contrôlant le nombre et la charge (positifs ou négatifs) des porteurs activés. Une telle contrôle est nécessaire pour les transistors, les cellules solaires, Détecteurs de semi-conducteurs et autres dispositifs de semi-conducteurs utilisés dans l'industrie informatique et d'autres applications techniques. Dans la photonique de silicium, le silicium peut être utilisé comme milieu laser Raman à onde continue pour générer une lumière cohérente.

Dans les circuits intégrés communs, une tranche de silicium monocristallière sert de support mécanique pour les circuits, qui se forment en dopage et isolés les uns des autres par une fine couche d'oxyde de silicium, un oxyde de silicium qui est facilement produit à la surface du silicium par un processus d'oxydation thermique. L'isolant ou l'oxydation localisée (LOCOS), qui consiste à exposer des éléments à l'oxygène dans des conditions appropriées qui peuvent être prédites par le modèle de transactions. et la plus grande activité électrique sans souffrir de panne d'avalanche (une avalanche électronique lorsque la chaleur crée des électrons et des trous libres, ce qui à son tour passe plus de courant, générant plus de chaleur). De plus, l'oxyde isolant du silicium est insoluble dans l'eau, ce qui le rend supérieur à l'allemand (un élément avec des propriétés similaires qui est également utilisée dans les dispositifs semi-conducteurs) dans certaines techniques de fabrication.

Le silicium monocristallièrement coûte coûteux à produire et n'est généralement justifié que dans la production de circuits intégrés, où de minuscules défauts de cristal interfèrent avec de minuscules voies de circuit. Pour d'autres utilisations, d'autres types de silicium pur peuvent être utilisés. Celles-ci incluent un silicium amorphe hydrogéné et mis à niveau Le silicium de qualité métallurgique (UMG-SI), utilisé pour produire des appareils électroniques à faible coût et à grande surface et des cellules solaires minces à faible coût à faible coût dans des applications telles que les affichages de cristal liquides. Un peu moins pur ou polycristallin plutôt que monocristallin, est produit en quantités comparables au silicium monocristallin: 75 000 à 150 000 tonnes métriques par an. Le marché du silicium secondaire augmente plus rapidement que le silicium monocristallin. La production de polysilicon, principalement utilisée dans les cellules solaires, devrait atteindre 200 000 tonnes métriques par an d'ici 2013, tandis que le silicium monocristallin de qualité semi-conducteur devrait rester inférieur à 50 000 tonnes par an.

Points quantiques

Les points quantiques en silicium sont produits par l'hydrogène Silsesquioxane traitant la chaleur en nanocristaux de quelques nanomètres à quelques micromètres, montrant des propriétés de luminescence dépendantes. Sur la taille des particules, permettant des applications dans les affichages à points quantiques et un concentrateur solaire éclatant. Détection de substances dangereuses. Le capteur exploite les propriétés luminescentes des points quantiques en éteint la photoluminescence en présence de substances nocives. Il existe de nombreuses approches de la détection chimique dangereuse, dont certaines sont le transfert d'électrons, le transfert d'énergie de résonance de fluorescence et la génération de photocopasse L'orbital (LUMO) est légèrement inférieur à la bande de conduction du point quantique, la trempe de transfert d'électrons se produit, permettant le transfert d'électrons entre les deux, empêchant ainsi le trou et le composite électronique. L'effet peut également être inversé, avec la moléculaire occupé la plus élevée Orbital (HOMO) de la molécule donneuse légèrement au-dessus du bord de la bande de valence du point quantique, permettant aux électrons de transférer entre eux, remplissant les trous et empêchant la recombinaison. Le transfert d'énergie de résonance des fluorescence se produit lorsqu'un complexe se forme entre le point quantique et la molécule exhabiteuse . Le complexe continuera à absorber la lumière, mais lorsque l'énergie est passée à l'état fondamental, il ne libère pas de photon, éteindant le matériau. La troisième approche utilise une approche différente, en mesurant le photocourant émis par les points quantiques plutôt que Surveillance d'un affichage photoluminescent.Si la concentration du produit chimique souhaité est augmentée, le photocourant émis par les changements de nanocristaux en réponse.