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当年高高在上的碳化硅是怎么变成「地摊货」的

碳(C)是元素周期表中第六号元素,在生活中比较常见,最早的碳是在木炭中发现的。现代碳化学是由于煤、石油和天然气等作为燃料而逐渐发展起来的,并且碳也在有机化学中也扮演者重要角色。碳形成的物质性质差异很大,自然界硬度最大的物质—金刚石,是一种碳单质;而另外一种碳单质—石墨,质地却是非常柔软。[2]


硅(Si)与碳处于周期表中的同一列,所以二者化学性质也相似。硅在自然界中主要以硅酸盐或二氧化硅的形式存在,储量丰富,地壳中的含量仅次于氧,排名第二。提取到纯度99%以上的硅单质开创了“信息时代”,硅制成的集成电路与晶体管等半导体器件的生产大大加速了信息化的进程,而二氧化硅制造的光纤更是将世界连接了一起。[3]

碳与硅比较常见,那你有没有想过碳+硅是什么呢?


碳加硅会形成一种新的化合物—碳化硅(SiC),俗称金刚砂。碳化硅在自然界中很罕见,天然碳化硅晶体一般被称为莫桑石,1893年法国化学家亨利·莫瓦桑首先发现而命名。那这种物质有什么独特之处吗?

还记得高中学过的硬度表吗?莫斯以十种矿物的划痕硬度作为标准,定出十个硬度等级,其中将金刚石的硬度定为10,是该标准中最硬的矿石。碳化硅也属于超硬材料,硬度达到了9.25,略低于钻石。


1893年后,合成的碳化硅粉末开始大规模生产,用作机械的磨料。由于碳化硅熔点较高,也经常被用于高温、高压的环境中。总之,碳化硅本身够硬、抗热!


碳化硅又是一种具有很强商业性的半导体材料,一般工业用于电子元件等的碳化硅都是半导体级别。1907年发明了第一个碳化硅型的二极管,后来碳化硅也应用到蓝色LED的生产之中。甚至碳化硅还可用于生产石墨烯,因为它的化学性质促进了石墨烯在碳化硅纳米结构表面的生长。甚至还有一种极端生长石墨烯的办法就是在真空下,高温分解碳化硅。[4]

人工合成的碳化硅价格大约是钻石的十分之一,因此被认为是钻石的良好替代品,也是一种廉价的装饰品;工业中用碳化硅多用在半导体、陶瓷等行业中,可以说碳化硅“上得厅堂,下得厨房”。


碳化硅(SiC)属于满足国家战略需求并符合国民经济建设发展所需要的关键材料。SiC 的研究链条很长,涉及基础科学和工程技术领域的问题,属于典型的全链条科技创新类研究。


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点击次数:282  更新时间:2022-12-23  【打印此页】  【关闭