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这些二氧化硅高大上的应用,可能是你想不到的
2020年06月24日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:306
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先来几段二氧化硅的应用历史

人类使用氧化硅材料最早可追溯到石器时代,早期人类利用了石英高硬度的这个特点,可以轻松用石片割裂动物的皮毛,用石锤敲碎动物的骨头,以获得营养价值更高肉质及骨髓。燧石火石,石英石的使用使人类掌握了更快的方法极大的加速了人类文明的发展。

燧石(火石,石英石) 

随人类对自然资源特性的掌握陶器(粘土烧结而成)走入寻常百姓家紫水晶成为上流社会的奢侈品水晶点缀的鞋子也走进了童话中氧化硅日益充斥于不同阶层的生活之中。

 

当代社会的高大上的二氧化硅应用

几千年的农耕社会二氧化硅的应用停滞不前,随着工业革命的到来自然科学的突飞猛进拓展了人类探索自然的手段这些手段又反作用于自然科学使近代物理化学的理论又有了质飞跃二氧化硅越来越多的特殊性质逐渐展露于世人眼前而基于这些特性开发的应用又极大的改善了人类的现代文明生活。

当代被称为信息社会而二氧化硅则是整个信息设备磐石如下就聊聊几个与我们当代文明息息相关的应用。

通讯行业

光纤被发明之前,网络信息传以电话线为主,传输速率大概在6Mps左右1971年,世界上第一条1公里长的光纤问世,第一个光纤通讯系统也在1981年启用后,从此人类真正跨入了信息时代光纤的传输速率。目前最高记录保持者是一条在柏林和汉诺威之间完成了测试光纤单模速率高达512Gbps全部48个信道一起用的话,频宽高达24.6Tbps

光纤作为信息传输媒介首要考虑损耗越低的损耗传输的距离就越远。目前的二氧化硅光纤经过无数次验证存在最佳的传输波段(损耗最低)1.31um跟1.51um两个波段。而二氧化硅的纯度直接决定了传输损耗目前商用光纤所采用的二氧化硅要求纯度在99.9999999%。大家记住这个面孔诺贝尔奖获得者被尊称为光纤之父-高锟。

光纤之父:高锟 

上世纪60年代,高锟在标准电信实验室埋首研究光导纤维技术

半导体行业

光刻工艺是半导体工艺的基石光刻工艺中Mask掩膜版是一个非常重要的治具因为二氧化硅具有低反射高穿透低热膨胀系数的特性所以Mask几乎全部采用了二氧化硅来生产;

构成半导体的基本结构为FET(fieldeffecttransistor)场效应管而这个结构中普遍会采用高纯SiH4NO2生成SiO2作为绝缘栅

二氧化硅掩膜版 

而在晶圆的生产过程中因为镀膜的不均一性会导致wafer边与中部的高度不同而这个差异对纳米级别的曝光影是非常大的因此必须要采用CMP(化学机械研磨)进行研磨而高纯二氧化硅的纳米粒子则可以作为一种替代磨料取代原来昂贵的稀土磨料。而在半导体高温扩散工艺中因为二氧化硅的优秀热力学特性石英管普遍被采用。

CMP化学机械研磨 

3.其他先进材料

中空球体填充材料氧化硅导热系数低机械强度高因此很适合做一些隔热,承重的结构材料中如果将其做成中空球体可以进一降低其密度其广泛应用与塑料工艺(强度高重量轻化),微电子工业(低介电系数,重量轻化),交通行业(强度高,重量轻化)。

封装填料 

超多孔气凝胶一种神奇的材料结构,由分子骨架孔隙构成它着非同寻常的物理特性如下是一张示意图展示了气凝胶优秀的隔热特性。二氧化硅气凝胶kistler于1931制程。发展至今已经在隔热保温(超低热传导率),降噪消音(超高声阻)吸附过滤(超高比表面积)这些领用中中大放异彩。

二氧化硅气凝胶 

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粉体圈 作者 青鸟飞云

 

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