Transparent kiselkarbid

Kiselkarbid (SiC), även kallat karborundum, är en oorganisk kemisk förening bestående av kisel- och kolatomer som förekommer naturligt som ädelstenen moissanit. Används oftare som slipmedel.

SiC är ett idealiskt material för att underlätta mikrovågsuppvärmning av icke-polära reaktionsblandningar, eftersom dess starka absorption av mikrovågsstrålning gör att en betydande del av den termiska energi som genereras kan överföras direkt till blandningen genom ledningsfenomen.

Optisk genomskinlighet

Transparens (även kallat genomskinlighet) är en egenskap hos material som släpper igenom det mesta av det ljus som faller på dem med minimal eller ingen spridning, i motsats till reflekterande ytor som absorberar det mesta av det infallande ljuset och får det att spridas i olika riktningar. Exempel på material som har stor genomskinlighet är glasplattor och rent vatten.

Enbart den visuella uppfattningen kan inte bedöma kvaliteten på transparenta material; objektiva mätinstrument krävs för att eliminera osäkerheter i samband med subjektiva utvärderingar. Mätning av total transmittans, dimma och klarhet ger en försäkran om jämn kvalitet samtidigt som det visar hur process- och materialvariationer påverkar produktionen.

Optisk transparens är en viktig egenskap hos halvledarmaterial som används för högeffektiva c-Si-solceller, och för att uppnå maximal solcellseffektivitet måste den främre kontakten ha hög konduktivitet och hydrogeneringshastighet samt utmärkta transparensegenskaper.

SiC-elektroder för endoskopisk laserablation är mycket transparenta, vilket möjliggör direkt observation av målvävnader samtidigt som de ger multifunktionella möjligheter för minimalt invasiva, resultatförbättrande medicinska tillämpningar. Experiment med fantomvävnader, vegetabiliska vävnader och djurvävnader har visat att högpresterande kiselkarbidelektroder möjliggör relativt korta behandlingstider och effektiv borttagning av lesioner samtidigt som de ger mer exakt kontroll under ablationen, optisk diagnostik och visualisering under ablationen - vilket leder till snabba och säkra laserkirurgiska ingrepp med minimala indirekta skador.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid (SiC) har en exceptionell värmeledningsförmåga, vilket gör det till ett lämpligt material för krafthalvledarkomponenter som arbetar med höga strömmar och spänningar. Detta är särskilt fördelaktigt i elfordon, kraftsystem för vind- och solenergi och avancerade elektroniska produkter som kräver tillförlitlig prestanda även under svåra miljöförhållanden.

Moissanite finns naturligt i meteoriter och korundavlagringar i spårmängder, men det mesta SiC som används i modern elektronik produceras syntetiskt genom två huvudprocesser - reaktionsbunden SiC och CVD SiC. Reaktionsbunden SiC produceras genom att smälta samman kiseldioxid och kol i en elektrisk ugn innan sintrade blågröna kristaller bildas; medan CVD SiC har en kubisk polykristallin struktur med ansiktscentrerad kub som produceras genom kemisk ångdeposition.

CVD SiC har överlägsen värmeledningsförmåga jämfört med reaktionsbundet SiC på grund av sin lägre densitet och avsaknaden av ett oxidskikt på ytan. CVD SiC kan dessutom dopas med antingen kväve- eller fosfordopningsmedel eller beryllium-bor-aluminiumdopningsmedel för att ytterligare förbättra de elektriska egenskaperna.

I takt med att företagen strävar efter att uppfylla de ökande kraven på elektroniska enheter med överlägsen tillförlitlighet och effektivitet, utforskar företagen innovativa lösningar som kan ge optimal prestanda även under svåra miljöförhållanden. Kiselkarbid utmärker sig som ett exceptionellt material tack vare sin hårdhet, termiska stabilitet och kemiska inertitet som gör det lämpligt för banbrytande teknik.

Elektrisk konduktivitet

Kiselkarbid är ett halvledarmaterial som vanligtvis är dopat med kväve, fosfor eller bor för att ge antingen n-typ eller p-typ ledningsförmåga. Kiselkarbid har använts som konstmedium, både som färgkorn för karborundumtryck (med kollagrafpressar för att framställa djuptryckstekniker) och som slipmedel inom modern stenhuggeri på grund av sin hållbarhet och låga kostnad.

SiC:s breda energibandgap gör det möjligt att avge och detektera fotoner med högre energi än den egna, vilket möjliggör elektroniska enheter som blålysdioder och nästan solblinda UV-fotodetektorer. SiC kan dessutom motstå elektriska fält som är mer än åtta gånger större än traditionella kiselmaterial utan att drabbas av lavinartat sammanbrott, vilket gör SiC till ett utmärkt materialval för krafthalvledare som MOSFETs eller IGBTs som används i applikationer som elnätssystem eller elfordon.

3C-SiC:s kombination av optisk transparens och enastående elektroniska egenskaper gör det till ett lovande material för multifunktionella endoskopiska enheter som kombinerar bioelektronik för att hjälpa till med medicinska procedurer som radiofrekvensablation för behandling av tillstånd som gastroesofageala störningar eller hjärt-kärlsjukdomar. Dess termoresistiva effekt och elektroimpedansavkänning möjliggör realtidsvisualisering av ablationsprocesser samt övervakning av viabilitet; dess elektriska ledningsförmåga möjliggör biologisk avkänning för säkrare behandlingar som ger effektivare resultat än tidigare.

Kemisk tröghet

SiC:s kemiska inertitet gör det till ett utmärkt materialval för användning i tuffa miljöer som annars skulle kunna skada eller försämra andra material, inklusive vatten-, alkohol- och syramiljöer. SiC är olösligt i dessa vätskor och syror - vilket ger exceptionell kemisk stabilitet - så att den strukturella integriteten bibehålls under höga temperaturer samtidigt som den motstår stötar, vibrationer, chockbelastningar och aggressiva mekaniska processer.

Transparent kiselkarbid har en enastående brottseghet på 6,8 MPa m0,5, vilket vittnar om dess motståndskraft mot sprickbildning under påfrestande förhållanden. Den imponerande böjhållfastheten på 490 MPa visar dessutom att materialet är motståndskraftigt mot spänningsinducerad deformation, medan den imponerande hårdheten, styvheten och termiska stabiliteten gör det till ett idealiskt materialval för applikationer som utsätts för extrema mekaniska belastningar.

Kiselkarbidens exceptionella kombination av fysiska, termiska och kemiska egenskaper gör den till ett viktigt industriellt keramiskt material under krävande förhållanden. Tillverkare som tillhandahåller kiselkarbid och annan keramik av hög kvalitet spelar en avgörande roll för att hjälpa industrier att utnyttja dessa avancerade egenskaper för banbrytande applikationer. Kiselkarbidens anmärkningsvärda egenskaper, såsom dess förmåga att motstå stötar och vibrationer samt svåra mekaniska tryck, liksom dess kemiska inertitet, gör detta material oumbärligt i modern teknik och industriella miljöer.