硅晶圆片
1、高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型半导体。p型半导体和n型半导体结合在一起形成p-n结,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路(包括人们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。
2、金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结,制成金属陶瓷复合材料,它耐高温,富韧性,可以切割,既继承了金属和陶瓷的各自的优点,又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造。第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温,全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。
3、光导纤维通信,最新的现代通信手段。用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里,发生无数次全反射而向前传输,代替了笨重的电缆。光纤通信容量高,一根头发丝那么细的玻璃纤维,可以同时传输256路电话;而且它还不受电、磁的干扰,不怕窃听,具有高度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。
4、性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅,可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表,涂一层薄薄的有机硅塑料,可以防止青苔滋生,抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑,便是经过有机硅塑料处理表面的,因此永远洁白、清新。
5、由于有机硅独特的结构,兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业,其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长,应用领域不断拓宽,形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系,许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。
6、硅可以提高植物茎秆的硬度,增加害虫取食和消化的难度。尽管硅元素在植物生长发育中不是必需元素,但它也是植物抵御逆境、调节植物与其他生物之间相互关系所必需的化学元素。
硅在提高植物对非生物和生物逆境抗性中的作用很大,如硅可以提高植物对干旱、盐胁迫、紫外辐射以及病虫害等的抗性。硅可以提高水稻对稻纵卷叶螟的抗性,施用硅后水稻对害虫取食的防御反应迅速提高,硅对植物防御起到警备作用。
水稻在受到虫害袭击时,硅可以警备水稻迅速激活与抗逆性相关的茉莉酸途径,茉莉酸信号反过来促进硅的吸收,硅与茉莉酸信号途径相互作用影响着水稻对害虫的抗性。
生理功能
单晶硅棒
硅是人体必需的微量元素之一。占体重的0.026%。硅及含硅的粉尘对人体最大的危害是引起矽肺。矽肺是严重的职业病之一,矿工、石材加工工人以及其他在含有硅粉尘场所的工人应采取必要的防护措施。
硅在结缔组织、软骨形成中硅是必需的,硅能将粘多糖互相连结,并将粘多糖结合到蛋白质上,形成纤维性结构,从而增加结缔组织的弹性和强度,维持结构的完整性;硅参与骨的钙化作用,在钙化初始阶段起作用,食物中的硅能增加钙化的速度,尤其当钙摄入量低时效果更为明显;胶原中氨基酸约21%为羟脯氨酸,脯氨酰羟化酶使脯氨酸羟基化,此酶显示最大活力时需要硅;通过对不同来源的胶原分析,结果显示硅是胶原组成成分之一。
参考摄入量:由于没有人体硅需要量的实验资料,因此难以提出合适的人体每日硅的需求量,由动物实验推算,硅若易吸收,每天人体的需要量可能为2~5mg。但膳食中大部分的硅不易被吸收,推荐摄入量每天约为5~10mg,可以认为每日摄入20~50mg是适宜的。
过量表现:高硅症,高硅饮食的人群中曾发现局灶性肾小球肾炎,肾组织中含硅量明显增高的个体。也有报道有人大量服用硅酸镁(含硅抗酸剂)可能诱发人类的尿路结石。
硅肺病,经呼吸道长期吸入大量含硅的粉尘,可引起矽肺。
硅单晶悬浮区熔炉
矽肺(silicosis)又称硅肺,是尘肺中最为常见的一种类型,是由于长期吸入大量含有游离二氧化硅粉尘所引起,以肺部广泛的结节性纤维化为主的疾病。矽肺病人由于两肺发生广泛性纤维组织增生肺组织的微血管循环受到障碍,抵抗力下降,因而容易合并其他疾病,导致病情恶化,甚至死亡。
不足表现:饲料中缺少硅可使动物生长迟缓、缺乏导致头发、指甲易断裂,皮肤失去光泽。动物试验结果显示,喂饲致动脉硬化饮料的同时补充硅,有利于保护动物的主动脉的结构。另外,已确定血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期发病率相差两部的人群中,其饮用水中硅的含量也相差约两倍,饮用水硅含量高的人群患病较少。
硅是一种非常安全的物质,本身不予免疫系统反应,也不会被细胞吞噬,更不会滋生细菌或与化学物质发生反应,同时还可以有针对皮肤伤口所开发生产的硅胶,可以用来保护伤口,是安全性非常高的材料,受各国卫生机关许可使用。
常见谣言
谣言:在自然界中,硅都以含氧化合物形式存在。
驳斥:自然界存在天然的硅单质且早有报道,下为文献报道节选
本文对自然硅进行了矿相学、矿物学研究。该矿物产于福建某地矽卡岩型硫、多金属矿床中。自然硅呈亮灰银白色、强金属光泽。性脆。镜下呈浑圆粒状、乳滴状。均质。实测比重d=2.368。硬度H_M=6.76。反射率 R 470nm 37.08;546nm 33.44;589nm 31.27;650nm 29.96。经扫描电镜能谱分析、电子探针分析,Si 99.87%~99.94%。