Thiết bị điện tử
Việc lĩnh vực công nghệ cao áp dụng danh hiệu Thung lũng Silicon nhấn mạnh tầm quan trọng của silicon trong công nghệ hiện đại. Silicon nguyên chất, về cơ bản là silicon nguyên chất, có khả năng độc đáo là có thể kiểm soát một cách riêng biệt số lượng và điện tích của dòng điện chạy qua nó. Điều này làm cho silicon đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các thiết bị như bóng bán dẫn, pin mặt trời, mạch tích hợp, bộ vi xử lý và thiết bị bán dẫn, trong đó việc điều khiển dòng điện như vậy là cần thiết để có hiệu suất phù hợp. Chất bán dẫn minh họa cho việc sử dụng silicon trong công nghệ hiện đại.
Chất bán dẫn
Chất bán dẫn là vật liệu độc đáo không có tính dẫn điện của chất dẫn điện cũng như chất cách điện. Chất bán dẫn nằm ở đâu đó giữa hai loại này, mang lại cho chúng một đặc tính rất hữu ích. Chất bán dẫn có thể điều khiển dòng điện. Chúng được sử dụng để chỉnh lưu, khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu điện và do đó là thành phần không thể thiếu của thiết bị điện tử hiện đại.
Chất bán dẫn có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, nhưng phần lớn chất bán dẫn được làm từ silicon. Nhưng chất bán dẫn không được làm từ silicat, silan hoặc silicon; chúng được làm từ silicon nguyên chất, nghĩa là về cơ bản là tinh thể silicon nguyên chất. Giống như carbon, silicon có thể tạo ra tinh thể giống kim cương. Cấu trúc này được gọi là mạng silicon. Silicon là chất hoàn hảo để tạo ra cấu trúc mạng này vì bốn electron hóa trị của nó cho phép nó liên kết hoàn hảo với bốn silicon lân cận của nó.
Tuy nhiên, mạng silicon này về cơ bản là một chất cách điện, vì không có electron tự do cho bất kỳ chuyển động tích điện nào và do đó không phải là chất bán dẫn. Cấu trúc tinh thể này được biến thành chất bán dẫn khi được pha tạp. Doping đề cập đến một quá trình trong đó tạp chất được đưa vào silicon siêu tinh khiết, từ đó thay đổi tính chất điện của nó và biến nó thành chất bán dẫn. Doping biến silicon nguyên chất thành chất bán dẫn bằng cách thêm hoặc loại bỏ một số lượng rất nhỏ electron, do đó làm cho nó không phải là chất cách điện hay chất dẫn điện mà là chất bán dẫn có độ dẫn điện hạn chế. Việc thao tác tinh tế các mạng silicon nguyên chất thông qua kích thích tạo ra nhiều loại chất bán dẫn mà công nghệ điện hiện đại yêu cầu.
Chất bán dẫn được làm từ silicon vì hai lý do cơ bản. Silicon có những đặc tính cần thiết để tạo ra chất bán dẫn và silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trên trái đất.
Kính
Thủy tinh là một dẫn xuất silicon khác được sử dụng rộng rãi trong xã hội hiện đại. Nếu cát, cặn silic, được trộn với natri và canxi cacbonat ở nhiệt độ gần 1500 độ C, khi sản phẩm thu được nguội đi, sẽ tạo thành thủy tinh. Thủy tinh là một trạng thái đặc biệt thú vị của silicon. Thủy tinh là duy nhất vì nó đại diện cho một dạng silicon không kết tinh rắn. Các nguyên tố silic tứ diện liên kết với nhau nhưng không theo mô hình cơ bản nào đằng sau liên kết.
Kết quả cuối cùng của cấu trúc hóa học độc đáo này là một vật liệu thường giòn, thường trong suốt về mặt quang học được gọi là thủy tinh. Phức hợp silica này có thể được tìm thấy hầu như ở bất cứ nơi nào có nền văn minh nhân loại.
Thủy tinh có thể bị nhiễm độc bằng cách thêm tạp chất hóa học vào cấu trúc silica cơ bản.
Việc bổ sung thậm chí một ít Fe2O3 vào thủy tinh silica nguyên chất sẽ tạo cho thủy tinh hỗn hợp thu được có màu xanh lục đặc biệt.
Sợi quang
Cáp quang hiện đại phải chuyển tiếp dữ liệu thông qua tín hiệu ánh sáng không bị biến dạng trên khoảng cách rộng lớn. Để thực hiện được nhiệm vụ này, cáp quang phải được làm bằng thủy tinh đặc biệt có độ tinh khiết cực cao. Bí mật đằng sau loại thủy tinh có độ tinh khiết cực cao này là silica siêu tinh khiết. Để làm cho cáp quang đáp ứng các tiêu chuẩn vận hành, mức độ tạp chất trong silica của các loại cáp quang này đã được giảm xuống còn một phần tỷ. Mức độ tinh khiết này cho phép tạo ra mạng lưới truyền thông rộng lớn mà xã hội chúng ta đã coi là điều hiển nhiên.
Gốm sứ
Silicon đóng một vai trò không thể thiếu trong ngành xây dựng. Silicon, cụ thể là silica, là thành phần chính trong các thành phần xây dựng như gạch, xi măng, gốm sứ và ngói.
Ngoài ra, silicat, đặc biệt là thạch anh, rất ổn định về mặt nhiệt động. Điều này có nghĩa là gốm silicon có khả năng chịu nhiệt cao. Đặc tính này làm cho gốm silicon đặc biệt hữu ích cho nhiều thứ, từ thân tàu vũ trụ đến các bộ phận động cơ.
Polyme
Polyme silicon đại diện cho một khía cạnh khác của tính hữu dụng của silicon. Chúng thường được đặc trưng bởi tính linh hoạt, khả năng chống lại sự tấn công hóa học, không thấm nước và khả năng giữ được các đặc tính của chúng ở cả nhiệt độ cao và thấp. Mảng đặc tính này làm cho polyme silicon trở nên rất hữu ích. Chúng được sử dụng trong vật liệu cách nhiệt, dụng cụ nấu ăn, chất bôi trơn ở nhiệt độ cao, thiết bị y tế, chất bịt kín, chất kết dính và thậm chí là chất thay thế cho nhựa trong đồ chơi.