شما برای اینکه میتوانید به راحتی از رایانهی خود استفاده کنید باید ممنون سیلیکُن باشید. این عنصر حیاتی در بسیاری از تراشهها و قطعات الکترونیکی رایانهها موجود است. سیلیکُن همچنین در سواحل گرم و سفید وجود دارد. این ماده یکی از مواد اصلی سازندهی شن و ماسه است.
سیلیکُن هفتمین عنصر فراوان کل عالم و دومین عنصر فراوان کرهی زمین، پس از اکسیژن است. حدد بیست و پنج درصد از پوستهی زمین را سیلیکُن به خود اختصاص میدهد. از موارد عجیبی که سیلیکُن در آنها وجود دارد میتوان دستکش آشپزخانه و ایمپلنتهای کاشتنی در بدن را نام برد.
چه چیزی آنقدر سیلیکُن را مهم کرده است که حتی یک ناحیهی بزرگ در شهر کالیفرنیا را به نام این عنصر نامگذاری کردهاند؟ در ادامه خواهید دید.
مهمترین دادههای عنصر سیلیکُن عبارتاند از:
عدد اتمی (تعداد پروتونها در هسته): ۱۴
نماد اتمی (در جدول تناوبی):Si
وزن اتمی (جرم متوسط اتم): ۲۸.۰۹
حالت فیزیکی در دمای اتاق: جامد
چگالی: ۲.۳۲۹۶ گرم بر سانتیمتر مکعب
نقطهی ذوب: ۱۴۱۴ درجهی سانتیگراد
نقطهی جوش: ۳۲۶۵ درجهی سانتیگراد
تعداد ایزوتوپها (اتم هایی از یک عنصر با تعداد متفاوت نوترون): ۲۴
فراوانترین ایزوتوپ ها: سیلیکُن ۲۸ (با ۹۲ درصد فراوانی در طبیعت)
سیلیکُن به عنوان یک نیمهرسانا:
سیلیکُن به تنهایی در طبیعت دیده نمیشود. این عنصر معمولاً در ترکیب با اکسیژن به صورت سیلیکُن دی اکسید یافت میشود. نام دیگر این ترکیب سیلیکا است. مادهی کوارتز که به وفور در شن و ماسه موجود است، از سیلیکای غیر کریستالی تشکیل شده است. سیلیکُن نه فلز است و نه غیر فلز. این عنصر یک شبهفلز است که خواص هر دو را دارد. این شبه فلز یک نیمه رسانا است. یعنی الکتریسیته را تا حدی از خود عبور میدهد. برخلاف فلزات، در شبه فلزها میزان رسانایی الکتریکی با افزایش دما زیاد میشود.
سیلیکُن برای نخستین بار در سال ۱۸۲۴ توسط یک شیمیدان سوئدی به نام یاکوب برسیلیوس (Jöns Jacob Berzelius) خالصسازی شد. این دانشمند همچنین عناصر سریم، سلنیوم و توریم را کشف کرده است. برسیلیوس سیلیکا را به همراه پتاسیم حرارت داد تا سیلیکُن خالص به دست آورد. اما امروزه پالایش سیلیکُن به این شکل است که شن و ماسههای سیلیکا به همراه کربن حرارت میبینند تا سیلیکُن جداسازی شود.
سیلیکُن یک عنصر کلیدی برای فناوریهای مادر است. این فناوریها شامل آجر و سرامیک میشود. اما اهمیت اصلی آن در صنعت هایتک به معنای فناوریهای ظریف و با دقت فوقالعاده بالا آشکار میشود. سیلیکُن به عنوان یک نیمههادی در ترانزیستورها به کار میرود. ترانزیستور در حقیقت ستون فقرات یک سیستم الکترونیکی است. کار این قطعه تقویت و یا تغییر جریان برق است.
سیلیکُن در موارد متعددی در ساخت سلولهای خورشیدی و تراشههای کامپیوتری استفاده میشود. «ترانزیستور اثر میدانی فلزاکسید نیمه هادی» یا عبارت مخفف موسفت (MOSFET) یکی از مهمترین اتصالات الکترونیکی است. سیلیکُن به شکل کریستالی و همراه با مقادیر کمی از عنصر بور و یا فسفر در ترانزیستورها به کار میرود. این عنصرهای افزوده شده، الکترونها را در سیلیکُن آزاد میکنند تا جریان الکتریکی قابل تنظیم برقرار شود.
سیلیکُن خالص یک گاف ایجاد میکند که الکترونها را نگه داشته و مانع برقراری جریان برق میشود. این حاله شبیه یک کلید برق در حالت خاموش است. برای روشن کردن این کلید، یک فلز را در نزدیکی سیلیکُن قرار میدهند. در این حالت، فلز که به منبع انرژی متصل است، تبدیل به الکترود مثبت شده و الکترونهای سیلیکُن را به خود جذب میکند و اجازه میدهد آنها در سراسر سیلیکُن جریان پیدا کنند. (علاوه بر سیلیکُن، از سایر شبهفلزها نیز در ترانزیستورها استفاده میشود.)
Silicon Valley
جالب است بدانید:
فضانوردانی که در سال ۱۹۶۹ با آپولو ۱۱ به ماه رفته بودند. یک دیسک فشردهی سیلیکَنی از خود به جا گذاشتند. روی این دیسک پیامهایی دربارهی صلح و انسانیت ضبط شده بود. این ۷۳ پیام به زبانهای مختلف بودند.
سیلیکَن خالص همان سیلیکَنی نیست که در فناوریهای پزشکی به کار میرود. در این حوزه منظور از سیلیکَن یک پلیمر است که علاوه بر سیلیکَن، کربن، هیدروژن و اکسیژن هم دارد. از این پلیمر در ساخت وسایل آشپزخانه مانند دستکش فر و ظروف داخل فر هم استفاده میشود. زیرا این مولکولهای درشت در برابر حرارت بسیار مقاوم هستند.
سیلیکَن میتواند خطرناک باشد. استنشاق طولانی مدت این عنصر منجر به یک بیماری شناخته شدهی ریوی به نام سیلیکوزیس میشود.
به رنگهای مختلف سنگ اوپال علاقه دارید؟ پس باید از سیلیکَن ممنون باشید، زیرا این سنگ زینتی شکلی از سیلیس به همراه مولکولهای آب است.
گیاهان برای تقویت دیوارههای سلولی خود از سیلیکَن استفاده میکنند. بر اساس مقالهای که در سال ۱۹۹۴ در ژورنال مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (National Academy of Sciences) منتشر شد، سیلیکَن یک عنصر حیاتی برای گیاهان در مقابله با بیماریهایشان است. سیلیکَن مقاومت گیاه را در برابر آسیبها بالا میبرد.
نام درهی سیلیکَن به دلیل استفادهی گستردهی آن در تراشههای کامپیوتری بر این منطقه گذاشته شده است. در این ناحیه شرکتها و کارخانههای تولید ابزارهای الکترونیکی قرار دارند. اولین بار یک روزنامه به نام «اخبار الکترونیکی» در سال ۱۹۷۱ از نام سیلیکَن استفاده کرد.
یکی از کاربردهای شناخته شدهی سیلیکُن در سلولهای خورشیدی ست که فیزیک حالت جامد محل بحث آن است.
پژوهشهای فعلی:
پژوهشهایی که دربارهی سیلیکَن در حال اجرا هستند، بیشتر به داستانهای علمی تخیلی میمانند. در سال ۲۰۰۶ محققان اعلام کردند که یک تراشهی رایانهای ساختند که ترکیبی از سیلیکَن و سلولهای مغز انسان است. سیگنالهایی که از مغز انسان منتشر میشوند، قابل انتقال به این تراشه هستند و باالعکس. دانشمندان امید دارند بتوانند با این وسیلهی الکترونیکی، اختلالات عصبی را درمان کنند.
از سیلیکَن همچنین در ساخت لیزرهای بسیار نازک به نام نانوسوزنها استفاده میشود. این نانوسوزنها برای انتقال داده بسیار سریعتر و کارآمدتر از فیبرهای نوری هستند. جان بدینگ (John Badding)، شیمیدان مواد در دانشگاه ایالتی پن (Penn State University) میگوید: « این لیزرها قدرت بسیار بیشتری از لیزرهای سنتی دارند و حرارت را خیلی راحت تر منتقل میکنند.»
بدینگ و گروهش در حال بررسی فیبرهای نوری جدید هستند که در آن بجای شیشه از نیمهرساناها استفاده میشود. او دراینباره توضیح میدهد: «نیمهرساناها قابلیتهای بسیار بیشتری نسبت به شیشه دارند. با آنها میتوانیم اطلاعات را تا مسافتهای بسیار دور منتقل کنیم. همچنین قابلیت تغییر و دستکاری نور را در فیبر نوری شیشهای نداشتیم که اکنون با نیمهرساناها این امکان فراهم است.
برای ساخت تراشههای سیلیکَنی معمولاً از یک سطح صاف و یک گاز پیشرونده به نام سیلان استفاده میشود. این گاز کم کم جامد شده و روی سطح مینشیند. دربارهی فیبر نوری نیز فرآیند ساخت به این صورت است که ابتدا یک استوانهی ضخیم و بزرگ شیشهای ساخته میشود، سپس از دو طرف کشیده میشود تا طویل و نازک شود.»
بدینگ و همکارانش گاز سیلان (SiH4) یا گازهای مشابه را تحت فشار بالا وارد لولههای شیشهای کردهاند. آنها ادعا میکنند که این اتصالات را میتوان بین دو شهر کشید، بدون آن که آسیبی ببینند. رشتههایی که آنها ساختهاند ضخامتی بین یک سوم تا یک چهارم موی انسان دارند. این گروه محقق در حال بررسی سایر نیمهرساناها نیز هستند، از جمله روی سلنید (ترکیب عناصر روی و سلنیوم). آنها امیدوارند با ساخت این نوع فیبرها به ظرفیت انتقالی برسند که تا کنون دست نیافتی بود.
مریم درودیان
منابع:
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.