كل ما تريد معرفته عن السيليكون المعدني

أعلن المهندس طارق الملا وزير البترول والثروة المعدنية البدء في تنفيذ مشروع مجمع إنتاج السيليكون  بمدينة العلمين الجديدة والذي يعد أحد أهم المشروعات القومية والاستراتيجية لقطاع البترول والثروة المعدنية في إطار رؤيته لتحقيق الاستفادة الاقتصادية المثلى من الثروات الطبيعية والتعدينية.

لذلك نرصد إليكم كافة التفاصيل حول السيليكون المعدني.

ما هو سيليكون المعدني ويكيبيديا؟

السيليكون هو عنصر كيميائي رمزه Si وعدده الذرّي 14؛ يقع ضمن عناصر الدورة الثالثة وفي المرتبة الثانية في المجموعة الرابعة عشرة (المجموعة الرابعة وفق ترقيم المجموعات الرئيسية) في الجدول الدوري. يُصنَّف السيليكون من أشباه الفلزّات، ويوجد في الشروط القياسية على شكل صلب بلّوري هشّ ذي بريق معدني رمادي مزرق. السيليكون رباعيّ التكافؤ، وهو ضعيف النشاط الكيميائي نسبيًا، لكنّه يمتاز بألفته الكيميائية الكبيرة تجاه الأكسجين.

طريقة استخدام السيليكون

إنّ الاستخدام الأكبر والأهمّ للسيليكون النقيّ هو دخوله في صناعة أشباه الموصلات وعناصرها ومكوّناتها المختلفة. أمّا أغلب السيليكون المستخدَم صناعيًا فهو إمّا على شكل غير نقي أو على شكل مركّباته الكيميائية واسعة الانتشار مثل السيليكات أو السيليكا، والتي تجد تطبيقات مباشرة لها، خاصّةً في مجال مواد البناء والإنشاءات المختلفة، مثل الأسمنت البورتلاندي والملاط والخزف والزخارف الجصية وزجاج الصودا والجير، وكذلك الخرسانة والطوب الحراري؛ بالإضافة إلى الألياف الزجاجية والصوف الزجاجي.

مصفوف ضوئي جهدي
تتطلّب الصناعات الإلكترونية أن يكون السيليكون ذا نقاوة مرتقعة جدًّا، وأن يكون السيليكون على هيئة بلّورة أحادية مفردة، والنقطة الأخيرة يمكن تحقيقها بواسطة عملية تشوخرالسكي، والتي يمكن من خلالها الحصول على رقائق سيليكون، والتي تستهلك في صناعة أشباه الموصلات وفي الصناعات الإلكترونية، وكذلك في تطبيقات الألواح الضوئية المختلفة.
يتّسم السيليكون النقي بأنّه شبه موصل ذاتي، ممّا يعني أنه وعلى العكس من الفلزّات قادر على نقل التيّار بواسطة الثغرات الإلكترونية والإلكترونات المتحرّرة من الذرّات بواسطة الحرارة، لذلك تزداد موصليته الكهربائية بازدياد درجة الحرارة. كما أنّ للسيليكون النقي من جهةٍ أخرى مقاومية كهربائية مرتفعة كي يستخدم مكوّنًا في الدارات الكهربائية، لذلك فإنّه عادةً ما يشاب بتراكيز صغيرة من عناصر كيميائية معيّنة، ممّا يزيد من الموصلية الكهربائية، وتسهّل من التحكّم بعدد ونوع حاملات الشحنة الكهربائية. يعدّ هذا التحكّم ضروريًا في صناعة الترانزستورات والخلايا الشمسية ومكاشيف وعناصر أشباه الموصلات المستخدمة في الصناعات الإلكترونية، يستفاد أيضًا من الخواص البصرية للسيليكون النقيّ في مجال أبحاث الليزر.

تُستخدَم رقاقات من بلّورات السيليكون الأحادية في الدارات المتكاملة الشائعة، والتي تكون معزولة عن بعضها البعض بسبب وجود طبقة رقيقة عازلة من ثنائي أكسيد السيليكون، والتي تضاف إمّا بأسلوب الأكسدة الحرارية، أو بالأكسدة الموضعية للسيليكون. ما يجعل السيليكون ملائمًا للصناعات الإلكترونية هو مقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة، والفعالية الكهربائية الكبيرة من دون حدوث انهيار انهماري، وهو انهيار إلكتروني يحدث بسبب ارتفاع الحرارة، التي تسبب ازدياد عدد الإلكترونات والثغرات الإلكترونية، ممّا يؤدّي إلى ازدياد كمّيّة التيّار، ممّا يزيد من الحرارة، وهكذا دواليك، بالإضافة إلى ذلك، فإنّ طبقة الأكسيد العازلة تلك هي غير منحلّة في الماء، ممّا يمنح السيليكون أفضلية على الجرمانيوم في صناعة الإلكترونيات.

إنّ عملية تصنيع بلّورات السيليكون الأحادية مرتفعة الثمن، وهي غالبًا ما تستخدم من أجل إنتاج الدارات المتكاملة؛ أمّا من أجل التطبيقات الإلكترونية الأخرى التي لا تتطلّب أن يكون السيليكون ذا نقاوة مرتفعة جدًّا فيمكن استخدام أنواع أخرى من السيليكون النقي، والتي تتضمّن نوعًا من أنواع السيليكون اللابلوري المهدرج، وكذلك السيليكون ذو النقاوة التعدينية المحسنة، وذلك في مجال تصنيع بكرة-إلى-بكرة  المستخدم للتطبيقات منخفضة التكلفة مثل صناعة شاشات العرض البلّوري السائل والخلايا الشمسية. يزداد نموّ سوق السيليكون منخفض النقاوة بشكل أكبر من بلّورات السيليكون الأحادية مرتفعة النقاوة، فوفق إحصاءات سنة 2013، كان من المتوقّع أن يصل إنتاج السيليكون متعدّد التبلور المستخدم في صناعة الخلايا الشمسية إلى قرابة 200 ألف طنّ سنويًا، في حين أنّ بلّورات السيليكون الأحادية كان من المتوقع لها أن تصل إلى أقلّ من 50 ألف طنّ سنويًا.

النقاط الكمومية

يستحصل على النقاط الكمومية من السيليكون من خلال عملية المعالجة الحرارية لمركّب هيدروجين سيلسيسكيوكسان ممّا يحولّه إلى بلّورات نانوية يتراوح أبعادها من عدة نانومترات إلى عدّة ميكرونات، وهي تبدي خواصًا ضيائية معتمدة على حجم الجسيمات، تظهر البلورات النانوية انزياحات ستوكس كبيرة، محوّلةً الفوتونات في مجال فوق البنفسجي إلى فوتونات في المجال المرئي أو تحت الأحمر ممّا يمكّن من استخدامها في أجهزة عرض النقط الكمومية والمركّزات الشمسية الضيائية. ما يجعل السيليكون مفضّلًا على الكادميوم أو الإنديوم في مجال النقط الكمومية هو عدم سمّيّته ولطبيعته اللافلزية، تُستخدَم النقط الكمومية من السيليكون أيضًا في مجال التحسّس للمواد الكيميائية الخطرة؛ إذ تتحسّس النقط الكمومية عبر حدوث استخماد لتألّقها عند وجود تلك المواد، يحدث الكشف بعدّة أساليب مثل انتقالات الإلكترون البينية وانتقال الطاقة برنين فورستر والتيّارات الضوئية.

السبائك

يُضاف السيليكون على هيئة فروسيليكون إلى مصهور الحديد الصبّ؛ ويستهلك هذا التطبيق قرابة 80% من الإنتاج العالمي للسيليكون. يساعد السيليكون على تحسين الأداء في صبّ المقاطع الرقيقة، ويعمل على منع تشكّل السمنتيت؛ كما يعمل على التقاط الأكسجين مما يُسهل التحكّمبالمحتوى الكربوني؛ كما يعدّ مكوّنًا أساسيًا في الفولاذ الكهربائي محسّنًا من خواصه المقاومية والمغناطيسية الحديدية. يضاف السيليكون ذو النقاوة التعدينية من أجل تحضير سبائك مع عناصر أخرى مثل الألومنيوم في سبيكة سيلومين، المستخدمة بشكل واسع في صناعة المركبات، وذلك نظرًا لخواصّها الميكانيكية المميّزة.

البوليميرات السيليكونية

بنية متعدد ثنائي ميثيل السيلوكسان، المكوّن الرئيسي في البوليميرات السيليكونية
يمكن أن تعدّ السيليكونات مناظرةً للسيليكات، لأنَّ مجموعات الميثيل في السيليكونات متساوية إلكترونيًا مع مجموعات −O في السيليكات، تتميّز البوليميرات السيليكونية بثباتيتها الحرارية، وبمقاومتها للأكسدة، كما أنّها عازلة تجاه الماء، ولها العديد من الخواص المفيدة الأخرى، مثل العزل الكهربائي وعدم الالتصاق وعدم تشكيل رغوة؛ كما أنّها مقاومة للأشعّة فوق البنفسجية وللتآكل، بالإضافة إلى خمولها الكيميائي.

تستخدم البوليميرات السيليكونية في تصنيع المواد المقاومة للماء، وفي عمليات الصبّ والقولبة، وفي صناعة مانعات التسرب وشحوم وشموع التزليق، وفي سد الشقوق (الجلفطة)، تستخدم السيليكونات في بعض الأحيان في مجال زرع الثدي والعدسات اللاصقة وفي صناعة المتفجّرات والتقانة النارية، يمكن أن يُحضّر المعجون السيليكوني بإضافة حمض البوريك إلى زيت السيليكون.