硅及其化合物在科学领域的应用

硅及其化合物在科学领域的应用
硅及其化合物在科学领域的应用

硅及其化合物在科学领域的应用
硅是比锗更经得起当今器件工艺发展考验的半导体材料.在1966年已经生产40000千克半导体级硅(单晶超纯硅,杂质含量小于1／109),从而制造出40亿个元件.到1966年,用于这方面的硅已超过锗的用量.
由硅晶体管和其他元件组成的集成电路,集成度越来越高,规模越来越大,而元件则愈做愈小.一个直径为75毫米的硅片,可集成几万至几十万甚至几百万个元件,形成了微电子学,从而出现了微型计算机、微处理机等.
在铝衬底上,生长—层10—25微米厚的多晶硅薄膜,就是一种便宜而轻巧的太阳能电池材料,适于在太空和地面上使用.
硅是同位素电池中换能器的主要材料.换能器是将同位素热源发出的热能转变为电能的装置.硅-锗合金做的换能器,其工作温度可达1000oC,机械性能和抗氧化性能很好,高温下不易蒸发和中毒,无论在真空还是空气中都能工作.
航天飞机用的耐热而极轻的硅瓦,在航天飞机返回大气层时,它可保护机身不受超过1000oC高温的损伤.
天然橡胶和合成橡胶的使用温度,一般都在150oC以下,否则就会老化变质.20世纪40年代发展起来的硅橡胶,是以硅一氧一硅为主链的半无机高分子弹性体,兼有无机材料和有机材料的某些特点,使用温度范围宽广.硅橡胶具有优异的耐臭氧、耐碱、生理惰性(对人机体没有不良影响,可做为某些脏器的修复材料,如人工关节)和电气性能.某些特殊结构的硅橡胶,更具有优良的耐油、耐溶剂、耐辐射等特性,因此硅橡胶已广泛用于航空、宇宙航行技术、电气及电子工业部门.
用110—2甲基乙烯基硅橡胶做生胶原料,乙炔炭黑做填料可制成导电橡胶,是电子表中连接集成电路与液晶屏的理想导电材料.
硅酸在水中能形成凝胶,因此可制得一种吸附剂---硅胶.硅胶是一种极性吸附剂,对H20等极性物质都有较强的吸附能力,工业上常用做干燥剂和吸附剂.
硅酸钠的水溶液叫水玻璃,工业上称做泡花碱.木材及织物浸过水玻璃后,可以防腐,不易着火.
硅溶胶是以Si02为基本单位的水中分散体.在羊毛纺织过程中,它可做为轻纺上浆的胶剂,以减少羊毛纤维的断头率,在涂层中含有硅溶胶,可提高无机纤维材料的表面抗 热强度.
在搪瓷器皿制造业中,加进硅溶胶以后,可降低膨胀系数,以改进对四氟乙烯的粘合性,在玻璃及玻璃陶瓷中亦有同样效果.若在玻璃中掺入25—30％的硅溶胶,可制得优质的硅硼酸玻璃.
某些钠硼硅酸盐玻璃(含氧化钠、氧化硼和氧化硅)经过热处理,原子重新组合,就分为互不熔混的两部分.一部分主要含氧化硅,另一部分主要含氧化钠和氧化硼.如果再用酸处理,那么二氧化硅将不受酸的影响而留下来,而氧化钠和氧化硼则溶于酸中,剩下众多的空洞一—微孔,于是就制成了用途广泛的微孔玻璃.
将微孔玻璃烘干,烧结,就得到高硅氧透明玻璃.它耐高温,热稳定性好,透紫外线能力强,可在多方面代替石英玻璃,适宜做高温观察窗,比如宇宙飞船上的观察窗.迫过它去观察物体,不会发生变形,因为它的光学均匀性也很好.
如果在普通的钠铝硼硅酸盐玻璃中加入少量卤化银做感光剂,微量铜做增感剂,用玻璃常规工艺熔化,退火再经适当处理,就能制成卤化银光色玻璃.它会因光的强度不同而改变颜色,在强光防护、显示装置、光信息存储、交通工具上的挡风玻璃等方面,都有重要用途.
纯净的二氧化硅晶体叫做石英.石英在1600℃熔化成粘稠液体,内部变为无规则形态,再遇冷时,因为粘度大而不易再结晶,成为石英玻璃.它有很多特殊的性质,如能让可见光和紫外光通过,可用它制造紫外灯和光学仪器；它的膨胀系数小,能经受温度的剧变,而且有很好的抗酸性（除氢氟酸外）,因此,常被用来制造高级化学器皿.
医用激光器配置的光能传输系统是用石英光导纤维制成的,它不仅细巧轻便,灵活自如,且可将激光能量传入人体内脏器官进行医治.
一种新型水泥——双快水泥,具有快凝、快硬的特点.它浇注一天后的强度,相当于普通水泥浇注7-28天的强度,可用于滑升模板施工、预应力混凝土构件、砌块的快速成型和脱模,也可用它做矿井巷道喷射混凝土或机械铸件造型自硬砂.
用废轮胎等制成海绵状弹性体,与粘结性强的乳剂和水泥混和搅拌,就成为橡胶水泥.它克服了原有混凝土的缺点,能防止龟裂、剥离和吸水,既可用于铺路,又可用于建筑物上.
SiC叫碳化硅,又叫金刚砂.它具有类似金刚石的结构,硬度极大,而且分解温度又很高,所以在工业上大量用作磨料.
氮化硅陶瓷的强度和硬度很高,抗热震性和耐化学腐蚀性好,摩擦系数小且有自润性,是一种优越的耐磨材料.用氮化硅陶瓷制成的机械密封圈,经过几百到几千小时的运转后,磨损较小,寿命较原用材料提高几倍到十几倍.
以碳化硅陶瓷为基板的碳化硅远红外辐射板,被加热到一定温度后,能辐射出2—15微米以上的长波红外线,它对有机物,高分子物质以及对远红外线有强烈吸收峰的含水物质等,有很高的干燥效率.目前,这种碳化硅远红外辐射板巳用于自行车、缝纫机、家俱；木材,皮革,纺织,食品及粮食作物的干燥.