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硅
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硅
硅（guī）英文为silicon，元素符号Si。元素周期表中原子序数为14，相对原子质量为26.981539，属第3周期IVA族的非金属元素。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体，晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硅在自然界中分布极广，一般很少以单质的形式出现，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，地壳中约含27.6%，是地壳中仅次于氧的第二丰富元素。硅主要用来制作高纯半导体、耐高温材料、光导纤维通信材料、有机硅化合物、合金等，被广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、能源、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。
1787年，拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。
1854年H·S·C·德维尔第一次制得晶态硅。
硅名称的由来：英文silicon，来自拉丁文的silex，意思为燧石（火石）。 民国初期，学者原将此元素译为“硅”而令其读为“xi（圭旁确可读xi音）”（又，“硅”字本为“砉”字之异体，读huo）。然而在当时的时空下，由于拼音方案尚未推广普及，一般大众多误读为gui。由于化学元素译词除中国原有命名者，多用音译，化学学会注意到此问题，于是又创 “矽”字避免误读。台湾沿用“矽”字至今。中国大陆在1953年2月，中国科学院召开了一次全国性的化学物质命名扩大座谈会，有学者以“矽”与另外的化学元素“锡”和“硒”同音易混淆为由，通过并公布改回原名字“硅”并读“gui”，但并未意识到其实“硅”字本亦应读xi音。有趣的是，矽肺与矽钢片等词汇至今仍用矽字。在香港，两用法皆有，但“矽”较通用。
随着全球信息科技的不断发展，全球硅材料需求增长迅猛，主要用来制作半导体材料、太阳能电池、各种集成电路、金属陶瓷、军事武器、光导纤维通信、性能优异的硅有机化合物等广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。特别是近几年，随着太阳能光伏、汽车、建筑工程、电子信息几个行业的加速发展，也使得硅产品经历了从供不应求到产能过剩的巨变。
硅(Si)在自然界分布很广，地壳中约含27.6%，是地壳中仅次于氧的第二丰富元素,属于类金属元素。硅在自然界一般很少以单质的形式出现, 主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，二氧化硅指硅石SiO2，其他硅资源是指水晶(二氧化硅矿物)、脉石英、石英砾石(砾石型石英)、天然硅砂等，属非金属矿藏。其中，石英、水晶等是纯硅石的变体。矿石和岩石中的硅氧化合物统称硅酸盐，较重要的有长石KAlSi3O8、高岭土Al2Si2O5（OH）4、滑石Mg3（Si4O10）（OH）2、云母KAl2（AlSi3O10）（OH）2、石棉H4Mg3Si2O9、钠沸石Na2（Al2Si3O10）•2H2O、石榴石Ca3Al2（SiO4）3、锆石英ZrSiO4和绿柱石Be3Al2Si6O18等。土壤、黏土和砂子是天然硅酸盐岩石风化后的产物。
虽然资源丰富但世界硅资源分布极不平衡。据资料记载，巴西较为丰富，次之为马达加斯加和危地马拉。加拿大、俄罗斯、美国、法国、意大利、印度、澳大利亚、土耳其、缅甸等30多个国家和地区有少量资源。巴西资源总量以及近几十年来的产量和出口量均占世界首位。不过2011年资料显示，中国已成为全球硅产业最大的生产国和消费国。由于水晶、石英的深加工产品自第二次世界大战开始被用在军事设备上，1948年美国贝尔电话研究所三位学者发明了半导体，制成半导体收音机以后，紧接着半导体电台相继问世等等，水晶、石英已成为一种战略性物资，因此它的世界各国产量就难以统计，所以，水晶、石英矿产的世界总储量目前为止还是未知数，年产量也是估算数。
物理性质
硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。
系列 类金属
族 ⅣA族
周期 3
元素分区 p区
密度 2328.3 kg/m³
常见化合价 +4
硬度 6.5
地壳含量 25.7%
弹性模量 &nb
... 查看全文硅的原子结构决定了硅原子具有一定的导电性，但由于硅晶体中没有明显的自由电子，因此导电率不及金属，且随温度升高而增加，因而具有半导体性质。国际上通常把商品硅分成金属硅和半导体硅，金属硅主要用来制作多晶硅、单晶硅、硅铝合金及硅钢合金的化合物。半导体硅用于制作半导体器件。总体来讲，硅主要用来制作高纯半导体、耐高温材料、光导纤维通信材料、有机硅化合物、合金等，被广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、能源、化工、纺织、食品、轻工、医疗、农业等行业。
高纯半导体
高纯的单晶硅是重要的半导体材料，可制成二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括人们计算机内的芯片和CPU），还可以做成太阳能光伏电池，将辐射能转变为电能，2012年中国已经超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。
耐高温材料
硅可用来制作金属陶瓷复合材料，这种材料继承了金属和陶瓷的各自优点，同时还弥补了两者不足，具有耐高温、富韧性、可切割等优点。第一架航天飞机“哥伦比亚号”正是靠着硅瓦拼砌的外壳才抵挡住了飞机高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温。
光导纤维通信材料
纯二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纤维，该纤维是光导纤维通信的重要材料，这种通信方式代替了笨重的电缆，通信容量高，不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高保密性。光导纤维通信使得人类的生活发生了革命性的巨变。
有机硅化合物
性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。
由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无
... 查看全文多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
利用价值：从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。
理化性质
多晶硅（polycrystalline silicon）有灰色金属光泽，密度2.32~2.34g/cm3。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
用途
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
生产工艺
直到20世纪90年代，太阳能光伏工业还是主要建立在单晶硅的基础上。虽然单晶硅太阳电池成本在不断下降，但是与常规电力相比还是缺乏竞争力，因此，不断降低成本是光伏界追求的目标。自20世纪80年代铸造多晶
有机硅，英文名：silicone，即有机硅化合物，是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-0-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。有机硅和碳类似，有机硅也是四配位的四面体结构。在生物分子中，还没有找到含有碳硅键的化合物。第一个有机硅化合物是在1863年由法国化学家查尔斯·傅里德尔（Friedel C）和美国化学家詹姆斯·克拉夫茨（Crafts J）共同发现。
有机硅分子式
结构
有机硅材料具有独特的结构：
（1） Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；
（2） C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱；
（3） Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大。
（4） Si-O键是具有50%离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性）。
特点
由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。
生物体新陈代谢也需要有机硅参与，通常此类有机硅化学式表现为CH3(SiOH)3。有机硅对于身体各项功能起着重要的作用并且与矿物质的吸收有着直接关系。人体平均拥有约七克硅，其数量远远超过其他重要矿物质，如铁。铁和硅是
... 查看全文硅PU是一种符合人体工学原理并满足运动物理特性需要，具备上硬下弹结构特征并能直接在水泥或沥青基础上施工的健康型专业弹性合成球场面层材料系统，以单组份有机硅改性聚氨酯组成缓冲回弹结构，双组份改性丙烯酸作为耐磨面层，由江门 长河集团于2005年1月研发成功，并命名为“硅PU”。一般用作篮球场、羽毛球场等运动场所。
作为一种体育设施场地地面材料，有良好的的缓冲性和延展性，粘接力强，对基础有一定的治愈功能，能够自动找平，施工简单，抗老化性优秀，施工后化学性能稳定，不易产生气泡等问题。
产品优势
1、舒适性：无论你是在跑动，运球还是静止不动，硅PU的适度曲张技术都为您提供了高度的舒适性。
2、振动吸收：当硅PU承受瞬间冲击时，有63%的冲击力被地面系统所吸收,更好的保护了运动员的脚踝。
3、超 强耐磨：面层选用高强度硅树脂颗粒材料，独特的双层结构。比普通产品更加耐磨，有的使用寿命达到8年以上。
4、粘合能力：硅聚氨脂材料能渗透不同材质基础毛孔， 产生高强度附着力，更好与基础粘合。
5、技术稳定性：无论是大球还是小球的回弹性、吸震性及摩擦系数能贯穿整个场地系统，保证其技术稳定性。
6、理想的综合功能：适用于室内外篮球场，网球场，排球场，羽毛球场，手球场，休闲场地，健身房等多项运动地面。
7、易施工：可在沥青混凝土或水泥混凝土基础上直接施工，所有材料都按比例分类桶装，可按使用说明施工，操作简单便捷。
8、易维护：含有抗污助剂，污渍不会渗入面层，只需用清水清洗即可保持常新。
9、持久耐用性：
①、优越的耐候性：硅PU不会因户外高、低温气候等环境改变而出现褪色、发硬、发软、面层泛白等现象，即使在强紫外线、臭氧、雨水及高温差等气候环境下依然能长期保持其鲜艳的色彩。
②、超 强的耐磨性：硅PU面层采用添加硅树脂颗粒做法，其结构特征恒久稳定不变，软硬适中，耐磨性能满足长期高使用频率的需要。
③、出色的抗污性
... 查看全文不同形态不同纯度的硅制取方式各有不同，具体方法如下：
无定型硅可以通过镁还原二氧化硅的方式制得。实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅，用稀酸洗去生成的氧化镁和镁粉，再用氢氟酸洗去未作用的二氧化硅，即得单质硅。这种方法制得的都是不够纯净的无定形硅，为棕黑色粉末。
晶体硅可以用碳在电炉中还原二氧化硅制得。工业上生产硅是在电弧炉中还原硅石（SiO2含量大于99%）。使用的还原剂为石油焦和木炭等。使用直流电弧炉时，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），采用质量高的硅石（SiO2大于99%），可直接炼出制造硅钢片用的高质量硅。
电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅SiHCl3或SiCl4制得。
超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。
单晶硅的生产工艺
单晶硅是非常重要的晶体硅材料，根据晶体生长方式的不同，可以分为区熔单晶硅和直拉单晶硅。区熔单晶硅是利用悬浮区域熔炼（float zone）的方法制备的，所以又称FZ硅单晶。直拉单晶硅是利用切氏法制备单晶硅，称为CZ单晶硅。这两种单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域：区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面，只占单晶硅市场很小的一部分，在国际市场上约占10%左右，而直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主题。与区熔单晶硅相比，直拉单晶硅的制造成本相对较低，机械强度较高，易制备大直径单晶，所以，太阳电池领域主要应用直拉单晶硅，而不是区熔单晶硅。
直拉法生长晶体的技术是由波兰的J.Czochralski在1971年发明的，所以又称切氏法。1950年Teal等将该技术用于生长半导体锗单晶，然后又利用这种方法生长直拉单晶硅，在此基础上，Dash提出了直拉单晶硅生长
人体必需微量元素
硅是人体必需微量元素之一，成人体内含量约为18mg。一般多存在于表皮及组织中，尤其存于人体主动脉壁内，在人体的含量随年龄的增长而减少。硅主要参与骨质的钙化过程，可促进生长，具有维持动脉壁弹性和保护内壁膜的作用。因此，如果人体的硅摄入量不足，会导致生长迟缓、器官萎缩、骨骼异常倚形，以及心血管病死亡率增高，骨骼及组织异常，老年激素的改变等。在膳食中保持一定量的硅元素的摄入，有助于人体器官的衰老，延长机体的寿命，具有延年益寿的功效。
硅广泛存在于各种食物中，尤其是非精制的食物中含量很多，如糙米、带皮的小麦、玉米、红芋、马铃薯、土豆等。以及含有单硅酸、果胶、粘多糖等化合物的植物中。天然矿泉水中也会有丰富的硅元素。
硅的摄入量及对人体的影响
硅在结缔组织、软骨形成中硅是必需的，硅能将粘多糖互相连结，并将粘多糖结合到蛋白质上，形成纤维性结构，从而增加结缔组织的弹性和强度，维持结构的完整性；硅参与骨的钙化作用，在钙化初始阶段起作用，食物中的硅能增加钙化的速度，尤其当钙摄入量低时效果更为明显；胶原中氨基酸约21%为羟脯氨酸，脯氨酰羟化酶使脯氨酸羟基化，此酶显示最大活力时需要硅；通过对不同来源的胶原分析，结果显示硅是胶原组成成分之一。
参考摄入量：由于没有人体硅需要量的实验资料，因此难以提出合适的人体每日硅的需求量。专家由动物实验推算，硅若易吸收，每天人体的需要量可能为2～5mg。但膳食中大部分的硅不易被吸收，推荐摄入量每天约为5～10mg，可以认为每日摄入20～50mg是适宜的。
不足表现：饲料中缺少硅可使动物生长迟缓、缺乏导致头发、指甲易断裂，皮肤失去光泽。动物试验结果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同时补充硅，有利于保护动物的主动脉的结构。另外，已确定血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期发病率相差两部的人群中，其饮用水中硅的含量也相差约两倍，饮用水硅
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