先來(lái)幾段二氧化硅的應(yīng)用歷史

人類(lèi)使用氧化硅材料最早可追溯到石器時(shí)代，早期人類(lèi)利用了石英高硬度的這個(gè)特點(diǎn)，可以輕松用石片割裂動(dòng)物的皮毛，用石錘敲碎動(dòng)物的骨頭，以獲得營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高肉質(zhì)及骨髓。燧石（火石，石英石）的使用，使人類(lèi)掌握了“生火更快”的方法，極大的加速了人類(lèi)文明的發(fā)展。

隨人類(lèi)對(duì)自然資源特性的掌握，陶器（粘土燒結(jié)而成）走入尋常百姓家，紫水晶成為上流社會(huì)的奢侈品，水晶點(diǎn)綴的鞋子也走進(jìn)了童話中，氧化硅日益充斥于不同階層的生活之中。

當(dāng)代社會(huì)的高大上的二氧化硅應(yīng)用

幾千年的農(nóng)耕社會(huì)，二氧化硅的應(yīng)用停滯不前，隨著工業(yè)革命的到來(lái)，自然科學(xué)的突飛猛進(jìn)，拓展了人類(lèi)探索自然的手段，這些手段又反作用于自然科學(xué)，使近代物理化學(xué)的理論又有了質(zhì)飛躍，二氧化硅越來(lái)越多的特殊性質(zhì)逐漸展露于世人眼前，而基于這些特性開(kāi)發(fā)的應(yīng)用又極大的改善了人類(lèi)的現(xiàn)代文明生活。

當(dāng)代被稱(chēng)為信息社會(huì)，而二氧化硅則是整個(gè)信息設(shè)備的磐石，如下就聊聊幾個(gè)與我們當(dāng)代文明息息相關(guān)的應(yīng)用。

①通訊行業(yè)：

光纖被發(fā)明之前，網(wǎng)絡(luò)信息傳以電話線為主，傳輸速率大概在6Mps左右，1971年，世界上第一條1公里長(zhǎng)的光纖問(wèn)世，第一個(gè)光纖通訊系統(tǒng)也在1981年啟用后，從此人類(lèi)真正跨入了信息時(shí)代，光纖的傳輸速率。目前最高記錄保持者是一條在柏林和漢諾威之間完成了測(cè)試光纖，單模速率高達(dá)512Gbps，全部48個(gè)信道一起用的話，頻寬高達(dá)24.6Tbps。

光纖作為信息傳輸媒介，首要考慮損耗，越低的損耗，傳輸?shù)木嚯x就越遠(yuǎn)。目前的二氧化硅光纖經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次驗(yàn)證存在最佳的傳輸波段(損耗最低)1.31um跟1.51um兩個(gè)波段。而二氧化硅的純度直接決定了傳輸損耗，目前商用光纖所采用的二氧化硅要求純度在99.9999999%。大家記住這個(gè)面孔，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，被尊稱(chēng)為“光纖之父”-高錕。

上世紀(jì)60年代，高錕在標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室埋首研究光導(dǎo)纖維技術(shù)

②半導(dǎo)體行業(yè)：

光刻工藝是半導(dǎo)體工藝的基石，光刻工藝中Mask（掩膜版）是一個(gè)非常重要的治具，因?yàn)槎趸杈哂械头瓷?/span>，高穿透，低熱膨脹系數(shù)的特性，所以Mask幾乎全部采用了二氧化硅來(lái)生產(chǎn)；

構(gòu)成半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)為FET(fieldeffecttransistor)場(chǎng)效應(yīng)管，而這個(gè)結(jié)構(gòu)中，普遍會(huì)采用高純SiH4于NO2，生成SiO2作為絕緣柵；

而在晶圓的生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)殄兡さ牟痪恍?/span>，會(huì)導(dǎo)致wafer邊與中部的高度不同，而這個(gè)差異對(duì)納米級(jí)別的曝光影是非常大的，因此必須要采用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)進(jìn)行研磨，而高純二氧化硅的納米粒子則可以作為一種替代磨料取代原來(lái)昂貴的稀土磨料。而在半導(dǎo)體高溫?cái)U(kuò)散工藝中，因?yàn)槎趸璧膬?yōu)秀熱力學(xué)特性，石英管普遍被采用。

3.其他先進(jìn)材料：

中空球體填充材料。氧化硅導(dǎo)熱系數(shù)低，機(jī)械強(qiáng)度高因此很適合做一些隔熱，承重的結(jié)構(gòu)材料中，如果將其做成中空球體，可以進(jìn)一降低其密度，其廣泛應(yīng)用與塑料工藝(強(qiáng)度高，重量輕化)，微電子工業(yè)(低介電系數(shù)，重量輕化)，交通行業(yè)(強(qiáng)度高，重量輕化)。

超多孔氣凝膠。一種神奇的材料結(jié)構(gòu)，由分子骨架孔隙構(gòu)成，它著非同尋常的物理特性，如下是一張示意圖展示了氣凝膠優(yōu)秀的隔熱特性。二氧化硅氣凝膠由kistler于1931制程。發(fā)展至今，已經(jīng)在隔熱保溫(超低熱傳導(dǎo)率)，降噪消音(超高聲阻)，吸附過(guò)濾(超高比表面積)這些領(lǐng)用中中大放異彩。

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粉體圈 作者 青鳥(niǎo)飛云