آیا سیلیکون رسانا است؟ آیا می‌توان از آن در محیط‌های فعال الکتریکی استفاده کرد؟
در واقع، سیلیکون خالص یک عایق عالی است، اما می‌توان از طریق اصلاح، به رسانایی کنترل‌شده‌ای دست یافت.
برای درک کامل خواص الکتریکی سیلیکون، باید ساختار مولکولی، ویژگی‌های مواد، محیط کاربرد و روش‌های اصلاح آن را در نظر بگیریم. این مقاله به بررسی خواص رسانایی و عایقی سیلیکون می‌پردازد.
ساختار مولکولی و ماهیت الکتریکی سیلیکون چیست؟
اسکلت سیلیکون از پیوندهای سیلیکون-اکسیژن (Si-O-Si) تشکیل شده است که گروه‌های آلی مانند متیل یا فنیل به زنجیره‌های جانبی متصل هستند. این ساختار منحصر به فرد به سیلیکون هم انعطاف‌پذیری و هم پایداری عالی می‌دهد.
از نقطه نظر الکتریکی، ساختار Si-O-Si تقریباً هیچ الکترون آزاد یا مسیر یونی ندارد. الکترون‌ها نمی‌توانند در زنجیره مولکولی حرکت کنند. این امر سیلیکون را به یک ماده بسیار عایق و غیرقطبی تبدیل می‌کند.
سیلیکون استاندارد معمولاً مقاومت حجمی بیش از 10¹⁴ Ω·cm دارد که بسیار بالاتر از اکثر لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها است. ثابت دی‌الکتریک آن (2.8-3.3) با حداقل وابستگی به فرکانس، پایدار می‌ماند و عملکرد الکتریکی ثابتی را حتی در دماهای بسیار بالا فراهم می‌کند.
| املاک برق | مقدار معمول برای سیلیکون استاندارد |
| مقاومت ویژه حجمی | >10¹⁴ اهم·سانتی‌متر |
| ثابت دی الکتریک | ۲.۸–۳.۳ |
| مقاومت دی الکتریک | ۲۰–۲۵ کیلوولت بر میلی‌متر |
| محدوده دمای کاری | -60 درجه سانتیگراد ~ 250 درجه سانتیگراد |
به لطف این ویژگی‌های الکتریکی عالی، سیلیکون به یک ماده‌ی غیرقابل جایگزین در بسیاری از کاربردهای عایق‌بندی و حفاظت الکترونیکی تبدیل شده است.
چه عواملی بر خواص عایق سیلیکون تأثیر می‌گذارند؟
سیلیکون به طور طبیعی یک عایق عالی است، اما پایداری آن بسته به فرمولاسیون و شرایط محیطی می‌تواند متفاوت باشد. عوامل اصلی تأثیرگذار شامل موارد زیر است:
سیستم پخت
- سیلیکون پخت شده با پلاتین بهترین عایق را ارائه می‌دهد زیرا واکنش اتصال عرضی کامل است و هیچ محصول جانبی تولید نمی‌کند.
- سیستم‌های عمل‌آوری‌شده با پراکسید ممکن است بقایای یونی از خود به جا بگذارند که مقاومت حجمی را کمی کاهش می‌دهد.
نوع و خلوص پرکننده
- پرکننده‌های سیلیس با خلوص بالا، ضمن حفظ خاصیت عایق‌بندی، استحکام مکانیکی را بهبود می‌بخشند.
- اگر ناخالصی‌های فلزی یا اکسیدهای کم‌عیار وارد شوند، ممکن است مسیرهای رسانایی در داخل ماده ایجاد کنند.
رطوبت محیطی و آلودگی سطحی
- رطوبت یا گرد و غبار روی سطح می‌تواند مسیرهای نشتی جزئی ایجاد کند.
- تمیز کردن منظم و خشک نگه داشتن سطح به حفظ پایداری عایق کمک می‌کند.
پیری و قرار گرفتن در معرض دمای بالا
- قرار گرفتن طولانی مدت در معرض ازن، نور ماوراء بنفش یا گرمای زیاد ممکن است باعث تجزیه جزئی پیوندهای Si-O شود و قدرت دی الکتریک را کاهش دهد.
کاربردهای سیلیکون در عایق کاری چیست؟
به لطف پایداری حرارتی عالی، مقاومت در برابر پیری و خواص عایق‌بندی، سیلیکون به یکی از قابل اعتمادترین مواد برای عایق‌های الکترونیکی، الکتریکی و صنعتی تبدیل شده است. جدول زیر کاربردهای رایج سیلیکون در عایق‌بندی و مزایای فنی کلیدی آنها را خلاصه می‌کند:
| حوزه کاربرد | فرم محصول معمولی | عملکرد اصلی و مزایا |
| مهر و موم‌های الکترونیکی و پدهای عایق | واشرهای سیلیکونی، حلقه‌های آب‌بندی | جلوگیری از قوس الکتریکی و اتصال کوتاه، مسدود کردن ورود رطوبت، ترکیب عملکردهای آب‌بندی و عایق‌بندی |
| سیم‌ها و غلاف‌های کابل عایق‌بندی‌شده با دمای بالا | سیم‌های روکش سیلیکونی، غلاف‌های مقاوم در برابر حرارت | می‌تواند به طور مداوم بالای ۲۰۰ درجه سانتیگراد کار کند، مناسب برای لوازم خانگی، خودرو و تجهیزات صنعتی |
| کپسوله‌کننده‌ها و درزگیرهای الکترونیکی | سیلیکون مایع RTV، LSR | محافظت در برابر رطوبت، ضربه و عایق برای PCB ها، که معمولاً در سنسورها و ماژول های قدرت استفاده می شوند، فراهم می کند. |
| مواد عایق پزشکی و هوافضا | پروب‌های پزشکی، لایه‌های عایق الکترود | غیر جاذب، مقاوم در برابر فرسودگی و پایدار در طول زمان؛ مطابق با استانداردهای پزشکی و هوافضا |
| قطعات مقاوم در برابر قوس و نشتی | عایق‌های ولتاژ بالا، لوله‌های سیلیکونی | استحکام دی‌الکتریک بالا، به طور موثر از خرابی و نشت جلوگیری می‌کند و ایمنی تجهیزات را افزایش می‌دهد. |
آیا می‌توان سیلیکون را رسانا کرد؟
اگرچه سیلیکون خالص یک عایق است، اما می‌توان آن را از طریق اصلاحات ویژه به یک ماده رسانا تبدیل کرد. نکته کلیدی اضافه کردن پرکننده‌های رسانا است. هنگامی که ذرات پرکننده مسیرهای رسانای پیوسته‌ای را در ماتریس سیلیکون تشکیل می‌دهند، کل ماده می‌تواند الکتریسیته را هدایت کند.
| نوع پرکننده | مکانیسم رسانایی | برنامه های کاربردی نمونه |
| کربن سیاه | تماس ذرات، زنجیره‌های رسانا تشکیل می‌دهد | ریموت کنترل، دکمه‌های سیلیکونی |
| گرافیت / گرافن | تحرک بالای الکترون | حسگرهای انعطاف‌پذیر، فیلم‌های رسانا |
| پودر فلز (نقره، نیکل، مس) | تماس بین ذرات فلزی | محافظ EMI، واشرهای رسانا |
| نانولوله‌های کربنی/نانوفیبرها | شبکه‌های رسانای سه‌بعدی | سیلیکون رسانای کشسان |
| پلیمرهای رسانا (PEDOT، PANI) | رسانایی ذاتی | دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی |
نتیجه
به طور کلی، سیلیکون خالص یک عایق عالی است که به طور گسترده در حفاظت الکتریکی، آب‌بندی الکترونیکی و کابل‌های عایق دمای بالا استفاده می‌شود. با افزودن پرکننده‌های رسانای مختلف، می‌توان آن را به یک ماده رسانای قابل کنترل تبدیل کرد که نیازهای حسگرها، دستگاه‌های لمسی، محافظ EMI و سایر کاربردهای پیشرفته را برآورده می‌کند.
اگر به دنبال یک تولیدکننده حرفه‌ای محصولات سیلیکونی هستید، ما سال‌ها تجربه در توسعه فرمولاسیون سیلیکون و ساخت قالب داریم. همین امروز با ما تماس بگیرید، تیم فنی باتجربه ما راه‌حل‌های سیلیکونی با کارایی بالا و قابل اعتمادی را برای پروژه شما ارائه خواهد داد.
