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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)。
1理化性质
多晶硅多晶硅(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。
2相关用途
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。
3生产技术
多晶硅的生产技术主要为改良西门子法和硅烷法。西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅,为了提高原料利用率和环境友好,在前者的基础上采用了闭环式生产工艺即改良西门子法。该工艺将工业硅粉与HCl反应,加工成SiHCl3,再让SiHCl3在H2气氛的还原炉中还原沉积得到多晶硅。还原炉排出的尾气H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2和HCl经过分离后再循环利用。硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中,使硅烷裂解并在晶种上沉积,从而得到颗粒状多晶硅。改良西门子法和硅烷法主要生产电子级晶体硅,也可以生产太阳能级多晶硅。
(1)电解饱和食盐水生成氢氧化纳、氢气和氯气,离子反应为2Cl-+2H2O
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①石英砂的主要成分是二氧化硅,制备粗硅发生SiO2+2C
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②粗硅与氯气反应后得到沸点较低的液态四氯化硅,其中常混有一些高沸点、难挥发性杂质,因沸点不同,则分离提纯法选蒸馏法,故答案为:分馏;
③四氯化硅与氢气在高温条件下反应得到高纯硅和氯化氢气体,该反应为SiCl4+2H2
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(2)乙烯与氯气加成反应生成1,2二氯乙烷,CH2=CH2+Cl2→CH2Cl-CH2Cl,1,2二氯乙烷高温发生消去反应生成CH2=CHCl;然后CH2=CHCl发生加聚反应生成聚氯乙烯:nCH2=CHCl
催化剂 |
催化剂 |
(3)(1)和(2)反应都有副产物氯化氢生成,故答案为:盐酸.
(1)漂白粉的主要成分为氯化钙、次氯酸钙,则漂白粉为混合物,利用氯气与石灰乳制备漂白粉,该反应为Ca(OH)2+2Cl2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O,故答案为:混合物;Ca(OH)2+2Cl2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;
(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅,制备粗硅发生SiO2+2C
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②粗硅与氯气反应后得到沸点较低的液态四氯化硅,其中常混有一些高沸点、难挥发性杂质,因沸点不同,则分离提纯法选蒸馏法,故答案为:A;
③四氯化硅与氢气在高温条件下反应得到高纯硅和氯化氢气体,该反应为SiCl4+2H2
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