Силикон — это просто более мягкая форма кремния?
Это распространённое предположение — в конце концов, названия звучат практически одинаково, и оба используются как в высокотехнологичных, так и в повседневных товарах. Когда люди видят силиконовые кухонные принадлежности или чехлы для телефонов и слышат о кремниевых чипах в электронике, они часто предполагают, что эти материалы должны быть родственными или даже взаимозаменяемыми. Эта путаница понятна.
Но на самом деле кремний и силикон — совершенно разные материалы. Они не только отличаются по структуре и составу, но и служат совершенно разным целям.
Эта статья поможет вам понять настоящую разницу между силиконом и кремнием — от того, как они производятся, до того, для чего используются. К концу статьи вы будете иметь чёткое представление об обоих материалах и больше никогда их не перепутаете.
Что такое кремний и силикон?
Кремний и силикон могут звучать похоже, но на самом деле это очень разные вещества.
Кремний (Si):
Кремний — природный химический элемент с атомным номером 14. Он занимает второе место по распространённости в земной коре после кислорода. В природе кремний обычно встречается в виде соединений, таких как диоксид кремния (например, кварц и песок) и различные силикатные минералы. Чтобы получить чистый кремний, его необходимо подвергнуть сложному промышленному процессу очистки.
Чистый кремний — ключевой материал в электронной промышленности. Например, микросхемы в наших компьютерах и телефонах изготовлены из высокочистого монокристаллического кремния. Его полупроводниковые свойства позволяют инженерам управлять электрическим током, что делает его пригодным для логических операций и хранения данных.
Силикон:
Силикон — это искусственный полимер. Его основная цепь состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода. К боковым цепям этой цепи присоединены различные органические группы. Изменяя состав боковых групп, молекулярную массу и сшивку, производители могут создавать различные виды силикона. Они включают жидкости, гели и резиноподобные эластомеры.
В повседневной жизни мы видим силикон во многих формах. Чехлы для телефонов, уплотнительные кольца и медицинские трубки — вот распространённые примеры. Для каждого из них используется свой тип силикона, разработанный для конкретных задач.
В чем разница между кремнием и силиконом?
Из-за схожести названий кремний и силикон часто вызывают путаницу. Многие задаются вопросом: похожи ли они только по названию? Обладают ли они одинаковыми свойствами? Или между ними есть некая связь, позволяющая заменять один материал другим в определённых областях применения?
Чтобы ответить на эти вопросы и наглядно объяснить основные различия между кремнием и силиконами, мы составили сравнительную таблицу ниже. В ней освещены такие ключевые аспекты, как их элементный состав, физические свойства и основные области применения.
Изучив эту таблицу, вы легко увидите, что эти два материала существенно различаются как по структуре, так и по эксплуатационным характеристикам. Эти различия объясняют, почему каждый из них играет уникальную и незаменимую роль в современных технологиях и повседневной жизни.
| Свойство | Кремний | Силикон |
| Химическая природа | Химический элемент (атомный номер 14) | Искусственный полимер |
| Физическое состояние | Твердое вещество при комнатной температуре | Может быть жидким, гелеобразным или резиноподобным при комнатной температуре. |
| Твердость и гибкость | Твёрдый и хрупкий; трудно сгибается | Мягкие и гибкие (для резиновых типов); гели и жидкости различаются соответственно |
| Электропроводность | Полупроводник; проводимость можно контролировать | Изолятор в большинстве случаев |
| Температурное сопротивление | Очень высокая температура плавления (1414°C) и кипения (3265°C) | Стабилен в широком диапазоне температур, обычно от -60°C до 250°C. |
| Химические свойства | Относительно стабилен при комнатной температуре; реакционноспособен при высоких температурах | Инертный, с хорошей устойчивостью к погодным условиям, окислению и влаге |
| Ключевые приложения | Полупроводники (микросхемы, транзисторы, солнечные элементы), сплавы, строительные материалы (например, кремний) | Герметизация и склеивание, изготовление форм, здравоохранение, потребительские товары, смазка, покрытия, косметика |
Как производятся кремний и силикон?
Чтобы лучше понять их различия, давайте рассмотрим, как они производятся.
Процесс производства кремния
Кремний производится из кварцевого песка.
Песок смешивают с углеродом и нагревают в печи при температуре около 1900 °C. В результате получается металлургический кремний чистотой около 98%.
После этого кремний подвергается дальнейшей химической очистке. Газовые реакции позволяют удалить примеси и повысить чистоту до более чем 99,9999%.
Затем, используя специальные технологии, из кремния выращивают кристаллические стержни. Эти стержни нарезают на тонкие пластины для использования в микросхемах и солнечных панелях.
Процесс производства силикона
Силикон изготавливается из сырого кремния.
Сначала кремний перерабатывается в химическое вещество под названием силан.
Затем силан вступает в реакцию с другими веществами, образуя мягкую полимерную основу.
После этого добавляют различные добавки. Одни улучшают твёрдость, другие — гибкость. Это позволяет производителям выпускать различные виды силикона, например, твёрдую резину или жидкий гель.
Наконец, силикон формуется с помощью пресс-форм. Его можно прессовать, экструдировать или литьём под давлением в изделия.
Каковы основные области применения кремния и силикона?
Применение кремния
Кремний — базовый материал. Его главная ценность заключается в полупроводниковых свойствах и стабильности его соединений.
Он широко используется в полупроводниковых приборах, таких как интегральные схемы, транзисторы и диоды. Эти области применения обусловлены его контролируемой проводимостью, высокой чистотой, стабильной кристаллической структурой и хорошей теплопроводностью. Благодаря этим свойствам кремниевые приборы компактны, энергоэффективны, надёжны и обладают высокой степенью интеграции. Они составляют основу современного электронного оборудования.
Кремний также играет важную роль в солнечных элементах. Он обеспечивает высокую эффективность фотоэлектрического преобразования и долговременную стабильность. Он также отличается относительно низкой стоимостью и хорошей устойчивостью к внешним воздействиям. Эти преимущества делают кремний ключевым материалом для чистой и возобновляемой энергии. Он широко применяется в солнечных панелях, которые просты в обслуживании и могут быть установлены в различных местах.
Применение силикона
Силикон известен своей гибкостью, термостойкостью, химической стабильностью и биосовместимостью. Эти свойства позволяют использовать его во многих отраслях промышленности.
В медицине он используется для изготовления катетеров, искусственных органов и косметических имплантатов. Он безопасен для организма, не имеет вкуса и запаха и легко стерилизуется. Его мягкость и эластичность также помогают снизить дискомфорт и отторжение у пациентов.
Силикон также широко используется в потребительских товарах. Он используется для кухонных принадлежностей, детских товаров, корпусов для электроники и ремешков для часов. Он безопасен для контакта с пищевыми продуктами, выдерживает экстремальные температуры, мягкий и приятный на ощупь. Он также прочный, нескользящий и легко моется. Например, силиконовые лопаточки термостойкие и бережно относятся к кухонной утвари. Детские пустышки мягкие и безопасные. Чехлы для телефонов защищают от ударов, а ремешки для часов приятны на ощупь.
Заключение
Хотя названия «кремний» и «силикон» звучат одинаково, это совершенно разные материалы. Их структура, свойства и применение показывают, насколько уникален каждый из них.
Нужны индивидуальные решения из силикона? Наша команда экспертов воплотит вашу идею в реальность, используя первоклассные материалы и точную обработку. Начнём уже сегодня.
