Սիլիցիումային կարբիդի սահմանում

Սիլիցիում-կարբիդը (SiC) դժվար, սինթետիկ եղանակով ստացված բյուրեղային միացություն է, որը լայնորեն օգտագործվում է որպես քերծող և մաշման դիմացկուն նյութ, ջերմակայուն նյութերում և կերամիկայում, ինչպես նաև հանդիսանում է լուսարձակող դիոդների (LED) կիսահաղորդիչային հիմք։.

EFM կիսահաղորդիչները նաև գերազանցեցին ավանդական սիլիցիումային կիսահաղորդիչները բարձր լարման միջավայրերում, ինչպիսիք են էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների (EV) հզորության սարքերում հանդիպող պայմանները, ապահովելով գերազանց արդյունավետություն՝ նվազագույնի հասցնելով լարման և հոսանքի կորուստները, ինչպես նաև կրճատելով և թեթևացնելով մարտկոցների կառավարման կարևոր բաղադրիչները՝ միաժամանակ նվազեցնելով դրանց չափն ու քաշը։.

Սիլիցիումային կարբիդ

Սիլիցիում-ածխածնի միացությունը անջուր սերամիկական միացություն է, որը կազմված է սիլիցիումից և ածխածնից։ Մոհսի կարծրության 9 միավորով այն զբաղեցնում է երրորդ տեղը՝ զիջելով միայն բորի կարբիդին (9,5) և ադամանդին (10)։ Սիլիցիում-ածխածնի միացությունը ունի բարձր մեխանիկական դիմացկունություն և քիմիապես անջուր է, ինչը այն դարձնում է իդեալական կոշտ մակերեսների պաշտպանության համար, օրինակ՝ մետաղագործական գործիքներում։.

Մաքուր ածխածնային նանոտուբիկները պարունակում են չորս ածխածնի ատոմներ, որոնք կազմակերպված են չորս ածխածնային տետրահեդրոններում և կովալենտ կապերով կապված են սիլիցիումային կապերով։ Այս կառուցվածքը թույլ է տալիս պոլիմորֆիզմ՝ տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներով և փուլերով։.

SiC-ի բյուրեղային կառուցվածքը ապահովում է դրա գերազանց էլեկտրական հատկությունները, այդ թվում լայն արգելքային անցք ունեցող կիսահաղորդիչի (WBG) հատկանիշները, որոնք անհրաժեշտ են էլեկտրոնային կիրառությունների համար։ Մեծ արգելքային անցքը թույլ է տալիս էլեկտրոններին ավելի արագ լքել օրբիտան, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր հաճախականությունների և ավելի արագ աշխատանքի, քան ավանդական սիլիցիումային սարքերում։.

Որպես հիմնական նյութ՝ սիլիցիումը կարելի է դոպել ազոտով, ֆոսֆորով, գալլով, բորով և ալյումինով՝ n-տիպի կիսահաղորդիչներ ստանալու համար։ Բացի այդ, սիլիցիումազուրկ տրանզիստորները կարող են մինչև 40%-ով նվազեցնել ծախսերն ու էներգիայի սպառումը։.

Սիլիցիումային կարբիդը (SiC) կարող է աշխատել մինչև 300 °C ջերմաստիճանում, ինչը այն դարձնում է գերազանց նյութային ընտրություն բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում կիրառվող սարքերի համար, օրինակ՝ էլեկտրական ավտոմեքենաների շարժիչների։ SiC-ն կարող է վերացնել ակտիվ սառեցման համակարգերի անհրաժեշտությունը, որոնք ավելացնում են քաշը, ծախսերը և բարդությունը, ինչը թարգմանվում է այս մեքենաների համար ավելի մեծ երթուղային հեռավորությամբ և ավելի արագ լիցքավորման ժամանակներով։.

Կիսահաղորդիչ

Սիլիցիումային կարբիդը վաղուց ճանաչվել է իր յուրահատուկ էլեկտրական հատկությունների շնորհիվ, որոնք այն դարձնում են չափազանց օգտակար էլեկտրոնիկայում։ Կիսահաղորդիչները, որոնք հերթով գործում են որպես հաղորդիչներ (օրինակ՝ պղնձե էլեկտրական մալուխներ) և մեկուսիչներ (պոլիմերային մեկուսիչով պատված մալուխներ), կազմում են այն նյութերը, որոնք օգտագործվում են ինտեգրված схемներ կառուցելու համար, ինչպես նաև դիոդներ և տրանզիստորներ՝ առանձին էլեկտրոնային բաղադրիչներ, որոնք էլեկտրական հոսանք են հաղորդում որոշակի պայմաններում։ Նրանց հաղորդականությունը կարելի է նույնիսկ փոխել էլեկտրական հոսանքների, էլեկտրամագնիսական դաշտերի կամ լույսի ազդեցությամբ։.

Սիլիցիումի կարբիդը ավանդական կիսահաղորդիչներից առանձնանում է իր չափազանց լայն արգելքային տիրույթով։ Սա նշանակում է, որ էլեկտրոնները վալենցային շերտից անցկացուցիչ շերտ տեղափոխելու համար անհրաժեշտ է շատ ավելի մեծ էներգիա; հետևաբար սիլիցիումի կարբիդը ունի շատ ցածր հզորության կորուստներ՝ անգնահատելի հատկություն բարձր լարման կիրառություններում, ինչպիսիք են էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների քարշակման ինվերտորները։.

Սիլիցիումային կարբիդը արդյունաբերությունում և ակադեմիայում երկար ժամանակ օգտագործվել է տարբեր նպատակներով՝ պայթեցման հատիկներից և կարբորունդային տպագրական գործիքներից մինչև ջերմային, էլեկտրական և մեխանիկական ինժեներական կիրառություններ։ Սակայն վերջին շրջանում պահանջարկը կտրուկ աճել է՝ պայմանավորված նրա ցածր ջերմային ընդարձակման գործակիցներով, բարձր ամրության և կարծրության հարաբերակցությամբ և հակառակ միջավայրերում դիմադրելու ունակությամբ։.

Քերամիկա

Սիլիցիումը և ածխածինը միավորվում են՝ ստանալու համար գրավիչ նյութ՝ գերազանց մեխանիկական, քիմիական և ջերմային հատկություններով։ Այն առանձնանում է արտասովոր կարծրությամբ՝ Մոհսի սանդղակով ադամանդի կարծրության կրկնակի չափով, ինչպես նաև ջերմային ցնցումների նկատմամբ գերազանց դիմադրողականությամբ՝ համեմատած այլ հակածակող նյութերի հետ։.

Քերամիկան անօրգանական, ոչ մետաղական նյութ է, որը չթխված վիճակում չափազանց ճկուն է, սակայն թխման ընթացքում զգալիորեն կարծրանում է։ Քերամիկան ընդգրկում է տարբեր կատեգորիաներ, օրինակ՝

Կերամիկաները հիմնականում օգտագործվում են որպես ջերմակայուն նյութեր՝ անօրգանական նյութեր, որոնք դիմադրում են ջերմային և քիմիական մաշվածությանը և կոռոզիային։ Կերամիկաները լինում են տարբեր ձևերի և գույների և կիրառվում են բազմաթիվ արդյունաբերություններում։ Բիոկերամիկաների կարևոր կիրառությունները ներառում են հրդեհային պաշտպանություն, գերհաղորդիչներ և բջիջներից կենսաբանական արձագանքներ առաջացնելը։ Բիոակտիվ կերամիկաները կարող են լինել բնույթով ինքնին բիոակտիվ, կամ կարող են այդպիսին դառնալ մակերեսային մշակումների միջոցով կամ կերամիկական ծակոտիները դեղագործական ակտիվ նյութերով լցնելու միջոցով։ Սիլիցիումային կարբիդը լայնորեն կիրառվում է ավտոմոբիլային արգելակային սկավառակների համար, որոնք զգալիորեն նվազեցնում են շփումը և արտանետումները՝ դիմանալով բարձր ջերմաստիճաններին առանց ակտիվ հովացման համակարգերի, որոնք ավելացնում են քաշը, բարդությունը և ծախսերը։ Բացի այդ, դրա կիրառումը հանդիսանում է բազմաթիվ քսուքների և կտրող գործիքների հիմքը։.

Ավտոմոբիլային

Սիլիցիումի կարբիդը (SiC) չափազանց դիմացկուն նյութ է, որը Մոհսի սանդղակում զբաղեցնում է իններորդ տեղը՝ ալյումինայի (9) և ադամանդի (10) միջև։ Սիլիցիում-կարբիդը առաջին անգամ արհեստականորեն սինթեզվել է ամերիկացի գյուտարար Էդվարդ Էչեսոնի կողմից 1891 թվականին՝ փորձելով արտադրել արհեստական ադամանդներ, սակայն նրա էլեկտրական տաքացված ածխածնի և ալյումինայի հալվածքում հայտնաբերեց փոքր սև SiC բյուրեղներ, որոնք աղացած փոշու տեսքով օգտագործվեցին արդյունաբերական աբրասիվների համար։ Նոբելյան մրցանակակիր քիմիկոս Անրի Մոիսսանը 1905 թվականին բնական վիճակում նկատեց այս միացությունը որպես թափանցիկ հանքանյութ՝ մոիսսանիտ անվամբ։.

Սիլիցիումային կարբիդի յուրահատուկ ատոմային կառուցվածքը և կիսահաղորդիչ հատկությունները այն դարձնում են իդեալական էլեկտրոնային կիրառությունների համար՝ դիոդներ, տրանզիստորներ և հզորության սարքեր։ Այն ավանդական սիլիցիումից տասն անգամ ավելի բարձր լարման դիմադրություն ունի և 1000 Վ-ից բարձր լարման համակարգերում գործում է ավելի արդյունավետ, ինչը այն դարձնում է իդեալական նյութ՝ բավարարելու էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների (EV) լիցքավորման կայանների և էներգիայի կառավարման համակարգերի հետ կապված բարձր լարման պահանջները։.

SiC-ը կարող է զգալիորեն բարելավել անջատիչների արդյունավետությունը և միևնույն ժամանակ նպաստել էլեկտրական ավտոմեքենաների հիմնական բաղադրիչների՝ DC-DC փոխարկիչների, ներքին լիցքավորիչների և մարտկոցների կառավարման համակարգերի չափի և քաշի նվազեցմանը։ Այս առաջընթացները կարող են զերո արտանետումներով վարումը ավելի մոտեցնել զանգվածային կիրառմանը։ GlobalData-ի վերլուծությունը հայտնաբերում է ավելի քան 10 ընկերություն՝ տեխնոլոգիական մատակարարներից և հաստատված ավտոմոբիլային ընկերություններից մինչև նորաստեղծ ստարտափներ, որոնք սիլիցիումի կարբիդը օգտագործում են նորարարական լուծումների համար։.