Përkufizimi i karbidit të silikonit

Karidi i silikonit (SiC) është një përbërës kristalor i fortë, i prodhuar sintetikisht, që përdoret gjerësisht si material gërryes dhe rezistent ndaj konsumit, në aplikime refraktare dhe qeramike, si dhe si substrat gjysmëpërçues për diodat emetuese të dritës (LED).

Semikonduktorët EFM gjithashtu i tejkaluan semikonduktorët tradicionalë të silikonit në mjedise me tension të lartë, si ato që gjenden në pajisjet e furnizimit me energji të automjeteve elektrike (EV), duke ofruar performancë superiore përmes minimizimit të humbjeve në tension dhe rrymë, si dhe duke zvogëluar dhe lehtësuar komponentët thelbësorë të menaxhimit të baterisë, ndërkohë që reduktojnë madhësinë dhe peshën.

Karbid silikoni

Karidi i silikonit është një përbërës qeramik inert i përbërë nga silikoni dhe karboni. Me një shkallë ashpërsie Mohs prej 9, ai renditet i treti, vetëm pas karidit të borit (9.5) dhe diamantit (10). Karidi i silikonit ka qëndrueshmëri mekanike të lartë, duke mbetur kimikisht inert; kjo e bën atë të përshtatshëm për aplikime të mbrojtjes së sipërfaqeve të forta, siç janë veglat e makinave.

Nanotubat e pastër të karbonit përmbajnë katër atome karboni të rregulluara në katër tetraedra karboni, të lidhura kovalent me lidhje silikoni. Ky rregullim lejon polimorfizëm me struktura kristali dhe faza të ndryshme.

Struktura kristalore e SiC-së rezulton në vetitë e tij elektrike të shkëlqyera, duke përfshirë karakteristikat e gjysmëpërçuesit me hendek të gjerë të brezit (WBG) që janë thelbësore për aplikimet elektronike. Një hendek më i madh i brezit i lejon elektronet të largohen më shpejt nga orbita, duke çuar në frekuenca më të larta dhe operacione më të shpejta se me pajisjet konvencionale të silikonit.

Si material bazë, silikoni mund të dopojë me azot, fosfor, gallium, bor dhe alumin për të prodhuar gjysmëpërçues të tipit n. Për më tepër, tranzistorët pa silikon mund të ulin koston dhe konsumimin e energjisë deri në 40%.

Karidi i silicit (SiC) mund të funksionojë deri në 300 °C, duke e bërë atë një zgjedhje të shkëlqyer materiali për aplikime në mjedise me temperatura të larta, si motorët e automjeteve elektrike. SiC mund të eliminojë nevojën për sisteme aktive ftohjeje që shtojnë peshë, kosto dhe kompleksitet – gjë që përkthehet në një autonomi më të madhe dhe kohë më të shkurtra karikimi për këto automjete.

Gjysmëpërçues

Karidi i silicit prej kohësh njihet për vetitë e tij elektrike unike që e bëjnë atë jashtëzakonisht të dobishëm në elektronikë. Gjysmëpërçuesit, të cilët alternojnë midis veprimit si përçues (si kabllot elektrike prej bakri) dhe izolues (si izolimi polimerik që mbulon ato kabllo), përbëjnë materialet gjysmëpërçuese të përdorura për ndërtimin e qarqeve të integruara dhe komponentëve elektronikë diskretë si diodat dhe tranzistorët, të cilët përçojnë elektricitetin nën kushte të caktuara; përçueshmëria e tyre madje mund të ndryshohet përmes stimulimit me rryma elektrike, fusha elektromagnetike ose stimulim me dritë.

Karidi i silikonit dallohet nga gjysmëpërçuesit tradicionalë për shkak të një gjerësie bande jashtëzakonisht të gjerë. Kjo do të thotë se kërkohet shumë më tepër energji për të zhvendosur elektronët nga banda e valencës në bandën e konduktancës; rrjedhimisht, karidi i silikonit ka humbje shumë të ulëta të energjisë – një cilësi e paçmueshme kur përdoret në aplikime me tension të lartë, si invertorët e tërheqjes në automjetet elektrike.

Karidi i silicit prej kohësh është përdorur për përdorime të ndryshme në industri dhe akademi, nga grimcat për shpërthim me rërë dhe mjetet e printimit me karborundum deri te aplikimet në inxhinieri termike, elektrike dhe mekanike. Sidoqoftë, së fundmi kërkesa është rritur ndjeshëm për shkak të shkallëve të ulëta të zgjerimit termik, raportit të lartë fuqi-fortësi dhe aftësisë për të përballuar mjedise armiqësore.

Qeramikë

Silikoni dhe karboni kombinohen për të prodhuar një material tërheqës me vetitë mekanike, kimike dhe termike të shkëlqyera. Ai krenohet me një fortësi ekstreme – deri në dyfishin e asaj të diamantit në shkallën Mohs – si dhe me rezistencë të lartë ndaj shokut termik krahasuar me materiale të tjera refraktare.

Keramika i referohet një materiali joorganik, jometalik që është jashtëzakonisht i butë kur nuk është pjekur, por forcohet ndjeshëm gjatë proceseve të pjekjes. Keramikat përfshijnë kategori të ndryshme; për shembull:

Keramikat përdoren kryesisht si materiale refraktare, materiale inorganike që ofrojnë rezistencë ndaj nxehtësisë dhe konsumit kimik si dhe korrozionit. Keramikat vijnë në forma dhe ngjyra të ndryshme dhe përdoren në shumë industri. Përdorimet e rëndësishme të biokeramikave përfshijnë mbrojtjen nga zjarri, superpërçuesit dhe nxitjen e përgjigjeve biologjike nga qelizat. Biokeramikat bioaktive mund të jenë bioaktive në mënyrë intrinseke, ose mund të bëhen të tilla përmes trajtimeve të sipërfaqes ose mbushjes së poreve keramike me substanca farmakisht aktive. Karidi i silicit përdoret gjerësisht për disqet e frenave të automjeteve, të cilat reduktojnë ndjeshëm fërkimin dhe emetimet, ndërsa përballojnë temperatura të larta pa pasur nevojë për sisteme aktive ftohjeje që shtojnë peshë, kompleksitet dhe kosto. Për më tepër, përdorimi i tij formon bazën e shumë materialeve gërryese dhe mjeteve prerëse.

Automobilistik

Karidi i silicit (SiC) është një material jashtëzakonisht i fortë, i renditur i nënti në shkallën Mohs, midis aluminas (9) dhe diamantit (10). Karidi i silikonit u sintetizua artificialisht për herë të parë nga shpikësi amerikan Edward Acheson në vitin 1891, kur po përpiqej të prodhonte diamante artificiale, por në vend të kësaj zbuloi kristale të vogla të zeza të SiC në shkrirjen e tij elektrike të karbonit dhe aluminas, të cilat u mullisën në formë pluhuri për abrazivë industrialë. Kimisti fitues i Çmimit Nobel, Henri Moissan, vëzhgoi natyrshëm këtë përbërës si mineral transparent të quajtur moissanit në vitin 1905.

Struktura atomike unike dhe vetitë gjysmëpërçuese të karbidi i silikonit e bëjnë atë ideal për aplikime elektronike si diodat, tranzistorët dhe pajisjet e energjisë. Ai ka dhjetë herë më shumë rezistencë ndaj tensionit se silikoni tradicional dhe performon edhe më mirë në sisteme që tejkalojnë 1000 V, duke e bërë materialin ideal për të përmbushur kërkesat e tensionit të lartë që lidhen me stacionet e karikimit të automjeteve elektrike (EV) dhe sistemet e menaxhimit të energjisë.

SiC mund të përmirësojë ndjeshëm efikasitetin e ndërrimit, ndërkohë që ndihmon gjithashtu në uljen e madhësisë dhe peshës së komponentëve thelbësorë të automjeteve elektrike, si konvertuesit DC-DC, karikuesit në bord dhe sistemet e menaxhimit të baterive. Këto përparime mund ta afrojë drejtimin pa emetime më pranë adoptimit masiv. Analiza e GlobalData identifikon mbi 10 kompani – nga furnizuesit e teknologjisë dhe kompanitë e konsoliduara të automobilave deri te start-up-et në zhvillim – që përdorin karbid silikoni për zgjidhje inovative.