سیلیکون چیست؟
سیلیکون (سیلیکن) ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که در گروه 14 قرار دارد و به عنوان یکی از فلزات نیمه گران است. این عنصر با نماد Si و عدد اتمی 14 شناخته می شود. سیلیکن، دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است و تنها از اکسیژن کمتر است.
سیلیکن در طبیعت به صورت سیلیکات و سیلیسیم یافت می شود و به ندرت به صورت خالص یافت می شود. این عنصر در صنایع مختلفی از جمله الکترونیک، ساختمان، شیشه سازی، سرامیک، و سیمان کاربرد دارد.
در صنعت الکترونیک، سیلیکن به عنوان ماده اصلی برای ساخت ترانزیستورها، دیودها، میکروچیپ ها و سلول های خورشیدی استفاده می شود. این عنصر به دلیل خواص نیمه هادی خود، که امکان کنترل جریان الکتریکی را فراهم می کند، برای این منظور مناسب است.
تاریخچه کشف سیلیکون
در سال 1787، شیمیدان فرانسوی “آنتوان لاوازیه” به این نتیجه رسید که ممکن است سیلیکا، اکسیدی از یک عنصر خالص باشد. اما به دلیل میل ترکیبی زیاد این عنصر با اکسیژن، ابزاری برای کاهش و جداسازی آن نداشت.
“گیلوساک” و “تنارد”، سیلیکون ناخالص آمورف را در سال 1811 تهیه کردند اما توانایی خالص‌سازی آن و شناسایی آن به عنوان یک عنصر خالص را نداشتند.
در نهایت، در سال 1823، “یوهان یاکوب برسیلیوس”، سیلیکون آمورف را با همان روش گیلوساک به تولید رساند اما آن را به صورت پودر خالص قهوه‌ای رنگی تبدیل کرد و امروزه، برسیلیوس را به عنوان کاشف این عنصر می‌شناسند.
خواص فیزیکی و شیمیایی سیلیکون
سیلیکن یا سیلیسیم، عنصری شیمیایی با نماد Si در جدول تناوبی و عدد اتمی ۱۴ است که به عنوان نیمه‌هادی نیز کاربرد دارد. این عنصر در دسته شبه فلزات قرار می‌گیرد و به صورت چهار ظرفیتی دیده می‌شود و رنگ آبی-خاکستری براقی دارد. نقطه ذوب و جوش این عنصر به ترتیب 1414 و 3265 درجه سانتی‌گراد است.
سیلیکون، هشتمین عنصر فراوان در زمین به لحاظ جرمی محسوب می‌شود که به ندرت به شکل عنصری آن در پوسته زمین قابل مشاهده است. بیشتر سیلیکونی که به صورت تجاری به مصرف می‌رسد، به میزان بسیار کمی تحت فرآوری قرار می‌گیرد.
سیلیکون به صورت جامد یا مایع وجود دارد که در مقابل حرارت و بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است. از ویژگی‌های بارز سیلیکون می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ماندگاری بالا
- عایق رطوبتی
- ضد میکروب و قارچ
- ساختار بهداشتی
- مقاوم در برابر تغییرات آب و هوایی
- عدم رنگ‌پذیری
- عایق در برابر دما و صدا
- نارسانای الکتریکی
سیلیکون در صنعت الکترونیک
نقش سیلیکون در تولید ترانزیستورها
ترانزیستورها مهم‌ترین قطعه مداری در الکترونیک هستند و برای تقویت یا قطع وصل سیگنال ها به عنوان سوئیچ به کار می‌رود. این قطعه از مواد نیمه‌رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می‌شوند و دو نوع اساسی دارند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET).
نقش سیلیکون در تولید سیم های نسوز
سیم‌های نسوز سیلیکونی در مقابل برودت هوایی، روغن های مختلف با وزن مولکولی بالا مانند چربی، محلول های نمکی، ماده های اسید کننده، اسیدهای رقیق شده و الکل ها مقاومت بسیار بالایی را داشته باشند.
گروه صنعتی ترمپتک تولید کننده انواع المنت ، سیم نسوز و… ( درباره ما )
نقش سیلیکون در تولید میکروچیپ ها
میکروچیپ یا ریزتراشه قطعه کوچکی از جنس سیلیکون است و مشابه یک رایانه اطلاعات بسیاری را در خود جای می‌دهد. عنصر سیلیکون قدرت کارکرد در دمای بالاتری نسبت به ژرمانیم دارد و این یکی از دلایل اصلی برای استفاده از آن در آی سی‌های امروزی به حساب می‌آید.
نقش سیلیکون در تولید سلول های خورشیدی
یک سلول خورشیدی از دو لایه سیلیکون تشکیل شده است که در هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید، جریان الکتریسیته از آنها عبور می کند. با ورود فوتون ها به لایه ها، انرژی خود را به شکل الکترون به اتم های سیلیکون می دهند.
سیلیکون در ساختمان سازی و سرامیک
در صنایع ساختمانی
سیلیکن در صنایع ساختمانی به عنوان یک ماده حفاظتی برای ایجاد لایه‌های ضدآب در سطوح دیواری، کفی و سقفی استفاده می‌شود. این لایه‌های حفاظتی باعث جلوگیری از نفوذ رطوبت و آب به داخل ساختمان شده و در نتیجه، علاوه بر نگهداری از کیفیت ساختمان و کاهش خطر نشت آب و رطوبت را فراهم می‌آورند. همچنین، سیلیکون برای تولید پوشش های نانو ساختار برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش استفاده می شود.
سیلیکون ها در صنعت ساختمان به طور مرسوم برای آغشته سازی سطح مصالح ساختمانی معدنی به کار می روند. از جمله کدهای تجاری سیلیکون ها که در مصالح ساختمانی خیلی مورد استفاده قرار می گیرند کدهای SILRES BS شرکت واکر آلمان می باشد.
در صنایع سرامیک
سیلیکون کاربید به صورت پودر میکرونیزه به عنوان ساینده یا پرکننده در کارخانه های فرآوری سرامیک ، چرخ های پالیش رزین، چرخ های پالیش الماسه استفاده می شود.
سیلیس ماده اصلی در نسوز و به رنگ سفید است. معمولاً به صورت ماسه کوارتز ، ماسه سنگ یا سنگ ریزه اضافه می شود. نقش سیلیس به عنوان پرکننده ای است که برای انتقال استحکام از حالت خام به محصول نهایی و حفظ استحکام در هنگام حرارت دهی استفاده می شود و نیز حضور سیلیس باعث بهبود خواص نهایی می شود.
آینده سیلیکون: چشم انداز آینده و پتانسیل های نوآوری در استفاده از سیلیکن
سیلیکن، عنصری است که نقش بسیار مهمی در صنعت الکترونیک و تکنولوژی اطلاعات ایفا کرده است. اما با پیشرفت تکنولوژی و رشد فناوری‌های جدید، آینده سیلیکن چالش‌هایی را در پیش دارد.
محدودیت‌های سیلیکون
با پایان یافتن عمر سیلیکون، این عنصر دیگر نمی‌تواند تراشه‌ها را قدرتمندتر کند. پس چه راهکاری برای تراشه‌های آینده وجود دارد؟ بهبود عملکرد تراشه‌های سیلیکونی درطی ۵۰ سال گذشته از قاعده‌ی خاصی به نام قانون مور پیروی کرده است. اما راه دیگر بهبود تراشه‌های سیلیکونی چیست؟.
جایگزین‌های سیلیکون
برای مقابله با این چالش تجدیدنظر درباره‌ی شیوه‌ی تولید دستگاه‌ها یا حتی ارائه‌ی جایگزین برای سیلیکون امری اجتناب‌ناپذیر تلقی می‌شود. در زیر چند مورد از جایگزین های سیلیکن را ذکر کرده ایم:
- دایمتیکون یا پلی متیل دی سیلوکسان: این پلیمرهای روغنی جایگزین روغن سیلیکون هستند که در صنایع مختلفی همچون خودروسازی، صنایع غذایی و دیگر حرفه‌ها استفاده می‌شو.
- روغن‌های گیاهی: نظیر روغن جوجوبا، روغن نارگیل و روغن زیتون به دلیل خواص مرطوب‌کنندگی و سازگاری بالا با پوست، در محصولات آرایشی و بهداشتی به عنوان جایگزین‌های مؤثری شناخته شده‌اند.
- پد حرارتی با نوار چسب دوطرفه: این ماده در مواقع اضطراری به عنوان جایگزین خمیر سیلیکون در سیستم‌های کامپیوتری قابل استفاده است.
- چسب ذوب گرم: این ماده می‌تواند به طور شایسته‌ای گرمای بین پردازنده و سیستم خنک کننده لپ تاپ را به عهده بگیرد.
- آلیاژ چوب: این ماده از سرب، کادمیوم و قلع و بیسموت تشکیل شده است.
- گرد و غبار سرب: استفاده از گرد و غبار سرب روی پردازنده‌ی گرافیکی به جای خمیر سیلیکون می‌تواند تا حدودی احتمال گرم شدن سیستم را کاهش دهد.
- مواد نیمه‌رسانایی جدید: دانشمندان دانشگاه استنفورد مواد نیمه‌رسانایی کشف کرده‌اند که می‌توانند به‌صورت بالقوه جایگزینی برای سیلیکون باشند.
چشم‌انداز آینده
با توجه به این چالش‌ها و فرصت‌ها، آینده سیلیکن پر از امکانات است. با توجه به پیشرفت‌های جدید در فناوری، می‌توان انتظار داشت که سیلیکن همچنان نقش مهمی در صنعت الکترونیک و تکنولوژی اطلاعات ایفا کند. اما با این حال، برای حفظ رقابت‌پذیری، باید به دنبال راه‌های جدید برای بهبود عملکرد و کارایی سیلیکن بود.
نتیجه گیری
سیلیکن، عنصری است که نقش بسیار مهمی در صنعت الکترونیک و تکنولوژی اطلاعات ایفا کرده است. این عنصر به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، در صنایع مختلفی از جمله الکترونیک، ساختمان سازی، شیشه سازی، سرامیک، و سیمان کاربرد دارد.
با پیشرفت تکنولوژی و رشد فناوری‌های جدید، آینده سیلیکن چالش‌هایی را در پیش دارد. با این حال، با توجه به این چالش‌ها و فرصت‌ها، آینده سیلیکن پر از امکانات است. ضمن پیشرفت‌های جدید در فناوری، می‌توان انتظار داشت که سیلیکن همچنان نقش مهمی در صنعت الکترونیک و تکنولوژی اطلاعات ایفا کند. اما با این حال، برای حفظ رقابت‌پذیری، باید به دنبال راه‌های جدید برای بهبود عملکرد و کارایی سیلیکن بود.
در نهایت، سیلیکن عنصری است که نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ما ایفا کرده است و این نقش در آینده احتمالاً افزایش خواهد یافت. با توجه به اینکه تکنولوژی به سرعت در حال تغییر است، می‌توان انتظار داشت که استفاده از سیلیکن در آینده به صورت‌های جدید و نوآورانه‌تری ادامه پیدا کند.