تجهیزات برق صنعتی و اتوماسیون صنعتی

به نظر می‌رسد این یک سوال احمقانه باشد ، سوالی که فقط با چند کلمه کوتاه می‌توان به آن پاسخ داد: سیلیکون چهاردهمین عنصر در جدول تناوبی است. این یکی از ترکیبات اساسی جهان است ، یکی پروتون از آلومینیومسنگین تر ، و یک پروتون سبک تر از فسفر. با این وجود سیلیکون ، بیش از هر عنصر دیگری ، اغلب در سایتی مانند ExtremeTech وجود دارد – این یک جز a اصلی در مصالح ساختمانی است که خانه شما را تشکیل می‌دهد ، اساس تمام پردازنده‌های رایانه‌‌‌ای فعلی است و حتی بیشترین است کاندیدای احتمالی زمینه ساز زندگی بیگانه و غیر کربنی است. دقیقاً چه چیزی سیلیکون را بسیار خاص می‌کند؟

خوب ، خیلی چیزها.

سلام صنعت دارای نمایندگی محصولات IFM، نمایندگی محصولات Sick، نمایندگی محصولات اندرس‌هاوزرو نمایندگی محصولات زیمنسمیباشد.

سیلیکون به عنوان بلوک سازنده

از مهمترین ویژگیهای متمایز کننده سیلیکون این است که ، خیلی ساده ، بسیاری از آنها جهنم دارند. بعد از اکسیژن ، این دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است – اما انتظار نداشته باشید که فقط در اطراف آن قرار داشته باشد. سیلیکون تقریباً هرگز در طبیعت به حالت خالص یافت نمی‌شود و تقریباً همیشه به صورت ترکیبی با عناصر دیگر همراه است. آن را معمولا به عنوان یک سیلیکات‌ها (SiO یافت ۴ ، و یا یک اتم سیلیکون ملزم به چهار اتم اکسیژن) و سیلیس (SiO در ۲ ، و یا یک اتم سیلیکون ملزم به دو اتم اکسیژن).

سیلیس ، به صورت خشن و بسیار آلوده ، جز component اصلی شن و ماسه است. فلدسپات ، گرانیت ، کوارتز و سایر موارد بر اساس ترکیبات اکسیژن سیلیکون ساخته شده اند.ترکیبات سیلیکون دارای طیف گسترده‌‌‌ای از خواص مفید هستند ، بیشتر به این دلیل که می‌توانند اتمهای دیگر را بسیار محکم و با آرایشهای پیچیده متصل کنند. سیلیکاتهای مختلف ، مانند سیلیکات کلسیم ، جز primary اصلی سیمان پرتلند ، چسب اصلی در بتن ، ملات و حتی گچ هستند.

برخی از مواد غنی از سیلیکات را می‌توان برای تولید سرامیک‌های سخت مانند پرسلن گرم کرد ، در حالی که برخی دیگر با هم ترکیب می‌شوند و شکل اولیه شیشه ، شیشه آهک سودا را تشکیل می‌دهند. سیلیکون همچنین می‌تواند به عنوان یک افزودنی کمیاب در مواد دیگر مانند چدن که هم از کربن و هم از سیلیسیم استفاده می‌کند ، آهن را مقاوم تر و شکننده تر کند ، مفید باشد.و ، بله ، سیلیکون همچنین جز component اصلی ساختار سیلیکون مصنوعی است ، اما این دو را اشتباه نگیرید – اگر واقعاً دره سیلیکون بود ، دنیای فناوری مکانی بسیار متفاوت از آنچه امروز می‌بینیم است.

سیلیکون به عنوان تراشه رایانه

هنگام انتخاب عنصری که به عنوان پایه ترانزیستور کامپیوتر استفاده شود ، کلمه اصلی مقاومت است. مقاومت رساناها کم است و جریان الکتریکی را به راحتی عبور می‌دهند ، در حالی که مقره‌ها (به طور قابل پیش بینی) مقاومت زیادی دارند و جریان الکترون را کند یا مسدود می‌کنند. برای یک ترانزیستور که باید به میل خود روشن و خاموش شود ، ما به یک نیمه هادی نیاز داریم ، ماده‌‌‌ای با مقاومت بین‌هادی و عایق. بهترین نیمه‌هادی های صنعت را می‌توان با طیف گسترده‌‌‌ای از “dopants” درمان کرد تا در صورت لزوم مقاومت آنها را به خوبی تنظیم کند.

سیلیکون تنها ماده نیمه‌هادی روی زمین نیست – حتی بهترین نیمه‌هادی نیمه زمین نیست. آنچه که هست ، تا حد زیادی فراوان ترین نیمه‌هادی روی زمین است. سیلیکون به راحتی در سراسر جهان در دسترس است. نیازی نیست که آن را از معادن خاص آفریقا وارد کنید ، یا ماهها درمان گران و آلوده را صرفاً برای تهیه مقداری انجام دهید. کار با آن آسان است و از همه مهمتر ، دانشمندان روش‌های قابل اعتمادی برای رشد آن به بلورهای کاملاً مرتب ارائه داده اند. این بلورها به سیلیسیم مانند الماس به کربن تبدیل می‌شوند.

رشد بلورهای عظیم و تقریباً کامل سیلیکون یکی از مهارت‌های اصلی در تولید تراشه‌های رایانه‌‌‌ای مدرن است. سپس این کریستال‌ها به صورت ویفرهای نازک برش داده می‌شوند ، سپس حک می‌شوند ، فرآوری می‌شوند و به صدها روش مختلف قبل از اینکه در قالب فرد خرد شوند و در پردازنده‌های تجاری بسته بندی شوند ، آنها را پردازش می‌کنند. ساخت ترانزیستورهای برتر از مواردی مانند کربن و حتی مواد عجیب و غریب تر مانند ژرمانیوم امکان پذیر است ، اما هیچ یک از آنها اجازه نمی‌دهد که نوع سیلیکون تولید فله از طریق رشد کریستال بزرگ امکان پذیر باشد – حداقل ، هنوز نه.

در حال حاضر ، بلورهای سیلیکون (به اصطلاح “شمش”) در استوانه‌هایی با قطر ۳۰۰ میلی متر ساخته می‌شوند ، اما تحقیقات در حال نزدیک شدن به آستانه ۴۵۰ میلی متر است. این باید به کاهش هزینه‌های تولید کمک کند و در نتیجه سرعت حداقل تا یک دهه دیگر ادامه یابد. بعد از آن؟ سرانجام ممکن است چاره‌‌‌ای جز کنار گذاشتن سیلیکون برای کارهایی نباشد که بسیار کم کار و آسان باشد – خبر خوب برای سرعت پردازش ، اما مطمئناً خبر بدی برای کیف پول شما.

سیلیکون به عنوان زندگی بیگانه

عبارت “زندگی مبتنی بر کربن” بسیار مورد توجه قرار می‌گیرد ، اما واقعاً چه معنایی دارد؟ این بدان معنی است که مولکولهای اصلی ساختاری که بدن ما را تشکیل می‌دهند (پروتئین‌ها ، اسیدهای آمینه ، اسیدهای نوکلئیک ، اسیدهای چرب و غیره) بر روی اسکلت‌های اتم‌های کربن ساخته شده اند. دلیل آن این است که کربن خاصیت بزرگ “چهار ظرفیتی” بودن دارد.

اکسیژن تنها می‌تواند دو پیوند شیمیایی پایدار شکل در یک بار (در نتیجه منجر به آب، یا H 2 O) و نیتروژن تنها سه (به این ترتیب به آمونیاک یا NH منجر ۳ )، اما کربن پایدار می‌توانید بر روی نگه دارید به چهار اتم مختلف در یک بار (به این ترتیب ما به متان یا CH 4) Tetravalency یک مبنای قدرتمند برای ساختن مولکول‌هایی است که هم از نظر هندسی قوی و هم از نظر هندسی پیچیده هستند و این دو ویژگی از فضایل شیمیایی امکان تکامل تمام حیات فعلی جهان را فراهم کرده است.

با این حال ، اگر بدانیم جدول تناوبی چگونه سازمان یافته است ، می‌دانیم که عناصر موجود در یک ستون عمودی دارای خواص شیمیایی مشابه هستند – و درست زیر کربن ، سیلیکون است. به همین دلیل است که نویسندگان داستان‌های علمی‌وقت و جوهر زیادی را صرف ایده زندگی مبتنی بر سیلیکون کرده اند. سیلیکون که خود چهار ظرفیتی است ، قابل قبول ترین عنصر ساختاری متناوب در اشکال کاملاً جدید زندگی است.

سیلیکون همچنین خوشحال است که با قدرت به دیگر اتمهای سیلیکون پیوند می‌بخشد (دقیقاً مانند کربن به کربن) و بنابراین می‌تواند برخی از ترکیبات را در جای خود قفل کند. فرض بر این است که هر دو برای اجازه دادن به توسعه زندگی بسیار مهم هستند.البته ، با توجه به اینکه سیلیسیم بسیار زیادتر از کربن در زمین است ، باید دلیل بر این باشد که ما ارگانیک هستیم (مبتنی بر کربن) ، نه سیلیکون – و این دلیل به جدول تناوبی بازمی‌گردد. بدون جزئیات زیاد ، عناصری که به طور عمودی در جدول تناوبی پایین هستند ، هسته‌های سنگین تر و پوسته‌های الکترونی بزرگتری دارند.

سیلیکون از نظر جسمی‌بزرگتر و سنگین تر از کربن است ، و باعث می‌شود برای کارهای فوق العاده خوبی مانند DNA نوترکیب مناسب نباشد. سیلیکون همچنین واکنش کمتری نسبت به کربن دارد ، به این معنی که زندگی مبتنی بر سیلیکون می‌تواند از نظر شیمیایی تنوع کمتری داشته باشد یا به یک مجموعه وسیع تری از آنزیم‌های سیلیکون واکنش دهنده نیاز دارد تا ترکیبات شیمیایی کمتر مطلوب را به وجود بیاورد.

این واقعیت که تمام حیات روی زمین ارگانیک است ، علیرغم اینکه اتمهای سیلیسیم سیاره تقریباً از هزار اتم کربن بیشتر از اتمهای کربن است ، می‌تواند نشانه‌‌‌ای از احتمال وقوع آن در سایر نقاط جهان باشد. در اینجا گونه‌های زیادی وجود دارد که تا حدی از سیلیسیم استفاده می‌کنند ، اما هیچ یک از آنها به عنوان عنصر ساختاری DNA استفاده نمی‌کنند. زندگی مبتنی بر سیلیکون مطمئناً امکان پذیر است ، اما اگر وجود داشته باشد احتمال زیادی وجود دارد که هرگز نتواند به سطح پیچیدگی کربن در خانه اجازه دهد.

سیلیکون و شما

سیلیکون قرار است سال‌های زیادی در اخبار شما ظاهر شود. حتی همانطور که برخی به دنبال کربن و سایر عناصر غیر سیلیکونی به عنوان بستر محاسبات نسل بعدی هستند ، اگر این امر بخواهد روند تاریخی نمایی قدرت محاسبات را ادامه دهیم ، ضروری خواهد بود ، سیلیکون ماده انتخابی در بسیاری از زمینه‌ها است. آیا روش‌های جدید و مهیجی برای کنترل رفتار آن با الکترون پیدا خواهیم کرد؟ شاید. آیا خواهیم فهمید که این امر اساس همه زندگی در جهان است ، به جز آنچه در زمین تکامل یافته است؟ احتمالاً نه ، گرچه ممکن است. حداقل ، ما تقریباً جایی را ترک نمی‌کنیم که استفاده از آن را به عنوان منبع ساختمانی کنار بگذاریم ، زیرا ترکیبات سیلیکون اساس سنگی است که اکثریت قشر پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.

این احتمال وجود دارد که ما در شرف ترک سیلیکون هستیم – اما ۲۰ سال پیش این امکان کمتر نبود. به احتمال زیاد ، این ماده همچنان یکی از مهمترین مواد پیشرفت تسلط انسان بر جهان فیزیکی خواهد بود.

منبع: سیلیکون چیست و چرا تراشه‌های رایانه‌‌‌ای از آن ساخته می‌شوند؟