矽礦簡介
矽guī(台灣、香港稱矽xī)是一種化學元素,它的化學符號是Si,舊稱矽。
原子序數14,相對原子質量28.09,有無定形和晶體兩種同素異形體,同素異形體有無定形矽和結晶矽。屬於元素周期表上IVA族的類金屬元素。晶體矽為鋼灰色,無定形矽為黑色,密度2.4g/cm3,熔點1420℃,沸點2355℃,晶體矽屬於原子晶體,硬而有光澤,有半導體性質。矽的化學性質比較活潑,在高溫下能與氧氣等多種元素化合,不溶於水、硝酸和鹽酸,溶於氫氟酸和鹼液,用於造制合金如矽鐵、矽鋼等,單晶矽是一種重要的半導體材料,用於製造大功率電晶體、整流器、太陽能電池等。矽在自然界分布極廣,地殼中約含27.6%,主要以二氧化矽和矽酸鹽的形式存在
結晶型的矽是暗黑藍色的,很脆,是典型的半導體。化學性質非常穩定。在常溫下,除氟化氫以外,很難與其他物質發生反應。
矽的用途
①高純的單晶矽是重要的半導體材料。
在單晶矽中摻入微量的第IIIA族元素,形成p型矽半導體;摻入微量的第VA族元素,形成n型和p型半導體結合在一起,就可做成太陽能電池,將輻射能轉變為電能。在開發能源方面是一種很有前途的材料。另外廣泛套用的二極體、三極體、晶閘管和各種積體電路(包括我們計算機內的晶片和CPU)都是用矽做的原材料。②金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結,製成金屬陶瓷複合材料,它耐高溫,富韌性,可以切割,既繼承了金屬和陶瓷的各自的優點,又彌補了兩者的先天缺陷。 可套用于軍事武器的製造第一架太空梭“哥倫比亞號”能抵擋住高速穿行稠密大氣時磨擦產生的高溫,全靠它那三萬一千塊矽瓦拼砌成的外殼。
③光導纖維通信,最新的現代通信手段。用純二氧化矽拉制出高透明度的玻璃纖維,雷射在玻璃纖維的通路里,無數次的全反射向前傳輸,代替了笨重的電纜。光纖通信容量高,一根頭髮絲那么細的玻璃纖維,可以同時傳輸256路電話,它還不受電、磁干擾,不怕竊聽,具有高度的保密性。光纖通信將會使 21世紀人類的生活發生革命性巨變。
④性能優異的矽有機化合物。例如有機矽塑膠是極好的防水塗布材料。在地下鐵道四壁噴塗有機矽,可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表,塗一層薄薄的有機矽塑膠,可以防止青苔滋生,抵擋風吹雨淋和風化。天安門廣場上的人民英雄紀念碑,便是經過有機矽塑膠處理表面的,因此永遠潔白、清新。
有機矽化合物,是指含有Si-O鍵、且至少有一個有機基是直接與矽原子相連的化合物,習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與矽原子相連線的化合物也當作有機矽化合物。其中,以矽氧鍵(-Si-0-Si-)為骨架組成的聚矽氧烷,是有機矽化合物中為數最多,研究最深、套用最廣的一類,約占總用量的90%以上。
有機矽材料具有獨特的結構:
(1) Si原子上充足的甲基將高能量的聚矽氧烷主鏈禁止起來;
(2) C-H無極性,使分子間相互作用力十分微弱;
(3) Si-O鍵長較長,Si-O-Si鍵鍵角大。
(4) Si-O鍵是具有50%離子鍵特徵的共價鍵(共價鍵具有方向性,離子鍵無方向性)。
由於有機矽獨特的結構,兼備了無機材料與有機材料的性能,具有表面張力低、粘溫係數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質,並具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性,廣泛套用於航空航天、電子電氣、建築、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業,其中有機矽主要套用於密封、粘合、潤滑、塗層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機矽數量和品種的持續增長,套用領域不斷拓寬,形成化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系,許多品種是其他化學品無法替代而又必不可少的。
有機矽材料按其形態的不同,可分為:矽烷偶聯劑(有機矽化學試劑)、矽油(矽脂、矽乳液、矽表面活性劑)、高溫硫化矽橡膠、液體矽橡膠、矽樹脂、複合物等。