硅及其化合物對人類文明的貢獻(xiàn)

【專家解說】：最先制得晶形硅的是最先制出純鋁的法國化學(xué)家亨利得維爾。1854年，得維爾用強(qiáng)電池組電解石英砂和冰晶石的熔融物，在陰極上得到一種灰色性脆的粒狀金屬（硅鋁合金)。當(dāng)這種金屬顆粒冷卻后，析出了一種有金屬光澤的片狀晶體。通過實(shí)驗可知，這種片狀晶體的化學(xué)性質(zhì)與硅粉的性質(zhì)完全相同，因而確信此片狀晶體就是晶體硅。 硅是比鍺更經(jīng)得起當(dāng)今器件工藝發(fā)展考驗的半導(dǎo)體材料。在1966年已經(jīng)生產(chǎn)40000千克半導(dǎo)體級硅(單晶超純硅，雜質(zhì)含量小于1／109)，從而制造出40億個元件。到1966年，用于這方面的硅已超過鍺的用量。 由硅晶體管和其他元件組成的集成電路，集成度越來越高，規(guī)模越來越大，而元件則愈做愈小。一個直徑為75毫米的硅片，可集成幾萬至幾十萬甚至幾百萬個元件，形成了微電子學(xué)，從而出現(xiàn)了微型計算機(jī)、微處理機(jī)等。 在鋁襯底上，生長—層10—25微米厚的多晶硅薄膜，就是一種便宜而輕巧的太陽能電池材料，適于在太空和地面上使用。 硅是同位素電池中換能器的主要材料。換能器是將同位素?zé)嵩窗l(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。硅-鍺合金做的換能器，其工作溫度可達(dá)1000oC，機(jī)械性能和抗氧化性能很好，高溫下不易蒸發(fā)和中毒，無論在真空還是空氣中都能工作。 航天飛機(jī)用的耐熱而極輕的硅瓦，在航天飛機(jī)返回大氣層時，它可保護(hù)機(jī)身不受超過1000oC高溫的損傷。 天然橡膠和合成橡膠的使用溫度，一般都在150oC以下，否則就會老化變質(zhì)。20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的硅橡膠，是以硅一氧一硅為主鏈的半無機(jī)高分子彈性體，兼有無機(jī)材料和有機(jī)材料的某些特點(diǎn)，使用溫度范圍寬廣。硅橡膠具有優(yōu)異的耐臭氧、耐堿、生理惰性(對人機(jī)體沒有不良影響，可做為某些臟器的修復(fù)材料，如人工關(guān)節(jié))和電氣性能。某些特殊結(jié)構(gòu)的硅橡膠，更具有優(yōu)良的耐油、耐溶劑、耐輻射等特性，因此硅橡膠已廣泛用于航空、宇宙航行技術(shù)、電氣及電子工業(yè)部門。 用110—2甲基乙烯基硅橡膠做生膠原料，乙炔炭黑做填料可制成導(dǎo)電橡膠，是電子表中連接集成電路與液晶屏的理想導(dǎo)電材料。 硅酸在水中能形成凝膠，因此可制得一種吸附劑---硅膠。硅膠是一種極性吸附劑，對H20等極性物質(zhì)都有較強(qiáng)的吸附能力，工業(yè)上常用做干燥劑和吸附劑。 硅酸鈉的水溶液叫水玻璃，工業(yè)上稱做泡花堿。木材及織物浸過水玻璃后，可以防腐，不易著火。 硅溶膠是以Si02為基本單位的水中分散體。在羊毛紡織過程中，它可做為輕紡上漿的膠劑，以減少羊毛纖維的斷頭率，在涂層中含有硅溶膠，可提高無機(jī)纖維材料的表面抗 熱強(qiáng)度。 在搪瓷器皿制造業(yè)中，加進(jìn)硅溶膠以后，可降低膨脹系數(shù)，以改進(jìn)對四氟乙烯的粘合性，在玻璃及玻璃陶瓷中亦有同樣效果。若在玻璃中摻入25—30％的硅溶膠，可制得優(yōu)質(zhì)的硅硼酸玻璃。 某些鈉硼硅酸鹽玻璃(含氧化鈉、氧化硼和氧化硅)經(jīng)過熱處理，原子重新組合，就分為互不熔混的兩部分。一部分主要含氧化硅，另一部分主要含氧化鈉和氧化硼。如果再用酸處理，那么二氧化硅將不受酸的影響而留下來，而氧化鈉和氧化硼則溶于酸中，剩下眾多的空洞一—微孔，于是就制成了用途廣泛的微孔玻璃。 將微孔玻璃烘干，燒結(jié)，就得到高硅氧透明玻璃。它耐高溫，熱穩(wěn)定性好，透紫外線能力強(qiáng)，可在多方面代替石英玻璃，適宜做高溫觀察窗， 比如宇宙飛船上的觀察窗。迫過它去觀察物體，不會發(fā)生變形，因為它的光學(xué)均勻性也很好。 如果在普通的鈉鋁硼硅酸鹽玻璃中加入少量鹵化銀做感光劑，微量銅做增感劑，用玻璃常規(guī)工藝熔化，退火再經(jīng)適當(dāng)處理，就能制成鹵化銀光色玻璃。它會因光的強(qiáng)度不同而改變顏色，在強(qiáng)光防護(hù)、顯示裝置、光信息存儲、交通工具上的擋風(fēng)玻璃等方面，都有重要用途。 純凈的二氧化硅晶體叫做石英。石英在1600℃熔化成粘稠液體，內(nèi)部變?yōu)闊o規(guī)則形態(tài)，再遇冷時，因為粘度大而不易再結(jié)晶，成為石英玻璃。它有很多特殊的性質(zhì)，如能讓可見光和紫外光通過，可用它制造紫外燈和光學(xué)儀器；它的膨脹系數(shù)小，能經(jīng)受溫度的劇變，而且有很好的抗酸性（除氫氟酸外），因此，常被用來制造高級化學(xué)器皿。 醫(yī)用激光器配置的光能傳輸系統(tǒng)是用石英光導(dǎo)纖維制成的，它不僅細(xì)巧輕便，靈活自如，且可將激光能量傳入人體內(nèi)臟器官進(jìn)行醫(yī)治。 一種新型水泥——雙快水泥，具有快凝、快硬的特點(diǎn)。它澆注一天后的強(qiáng)度，相當(dāng)于普通水泥澆注7-28天的強(qiáng)度，可用于滑升模板施工、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、砌塊的快速成型和脫模，也可用它做礦井巷道噴射混凝土或機(jī)械鑄件造型自硬砂。 用廢輪胎等制成海綿狀彈性體，與粘結(jié)性強(qiáng)的乳劑和水泥混和攪拌，就成為橡膠水泥。它克服了原有混凝土的缺點(diǎn)，能防止龜裂、剝離和吸水，既可用于鋪路，又可用于建筑物上。 SiC叫碳化硅，又叫金剛砂。它具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度極大，而且分解溫度又很高，所以在工業(yè)上大量用作磨料。 氮化硅陶瓷的強(qiáng)度和硬度很高，抗熱震性和耐化學(xué)腐蝕性好，摩擦系數(shù)小且有自潤性，是一種優(yōu)越的耐磨材料。用氮化硅陶瓷制成的機(jī)械密封圈，經(jīng)過幾百到幾千小時的運(yùn)轉(zhuǎn)后，磨損較小，壽命較原用材料提高幾倍到十幾倍。 以碳化硅陶瓷為基板的碳化硅遠(yuǎn)紅外輻射板，被加熱到一定溫度后，能輻射出2—15微米以上的長波紅外線，它對有機(jī)物，高分子物質(zhì)以及對遠(yuǎn)紅外線有強(qiáng)烈吸收峰的含水物質(zhì)等，有很高的干燥效率。目前，這種碳化硅遠(yuǎn)紅外輻射板巳用于自行車、縫紉機(jī)、家俱；木材，皮革，紡織，食品及糧食作物的干燥。