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Industrie

Die innovativsten Anwendungen für Silizium

Die innovativsten Anwendungen für Silizium

[Bildquelle: Bearbeitet / Wikipedia]

Silizium ist wohl eines, wenn nicht das wichtigste Element für die geisteswissenschaftliche Entwicklung durch die moderne Geschichte und die industrielle Revolution. Das Element wurde 1824 vom schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius entdeckt, nachdem er Kaliumchips in einem Behälter erhitzt und dann die Rückstände und Nebenprodukte weggewaschen hatte. Auf der Innenseite des Behälters klebte fast reines Silizium.

Silizium wird jetzt hergestellt, indem Sand mit Kohlenstoff auf Temperaturen nahe erhitzt wird 2200 ° C. Es ist das siebthäufigste Element im Universum und eines der vielseitigsten Elemente, die vom Menschen ständig in Produkten verwendet und implementiert werden.

Öfen

Bald nach der Eiszeit begann eine neue Ära der Menschheit. Um 8.000 v Die Menschen im Nahen Osten begannen bereits mit der Landwirtschaft. Mit dem Zustrom von Materialien und Lebensmitteln mussten neue Wege entwickelt werden, um sie über lange Zeiträume zu lagern. Während Feuer viele Jahre zuvor verwendet wurde, war es weitgehend ungezwungen und ziemlich gefährlich. Mit dem Bedürfnis nach größerer Kontrolle über Feuer wurden Tonöfen entwickelt. Ton, mit einer großen Zusammensetzung von Kaolinit (Al2Si2O5 (OH) 4) erwies sich als unglaublich hitzebeständig und konnte im nassen Zustand leicht geformt werden. Während sie eine vereinfachte Funktionalität behielten, erwiesen sich Öfen als nicht verbrauchbare Ressource. Die Öfen ermöglichten es frühen Generationen, Lebensmittel zu konservieren und Ziegel zu härten, wodurch die Bevölkerung wachsen konnte, da strukturell einwandfreiere Häuser zeitnah und über Generationen hinweg hergestellt werden konnten. Der große Zustrom von Nahrungsmitteln und Baumaterialien sollte ein wesentlicher Bestandteil des Wohlstands und des Überlebens künftiger Generationen werden.

Glas

Obwohl es nicht offensichtlich sein mag, hat Glas eine große Rolle in der Blüte der Menschheit gespielt. Frühe Generationen verließen sich stark auf natürlich vorkommendes Glas, Obsidian, um Messer, Pfeilspitzen und sogar Geld herzustellen. Die ersten Glasproduktionen lassen sich jedoch bis nach Syrien zurückverfolgen 5000BC.Mit einer offensichtlich großen Menge Silikon in und auf der Erdkruste war es nur eine Frage der Zeit, bis jemand sah, wie das Gestein schmolz und zu Glas aushärtete. Obwohl es sich zu Beginn der Glasherstellung als unheimlich schwierig erwies, mit Glas zu arbeiten.

Glasschmelzöfen waren eher klein und hatten kaum genug Wärme, um das Glas zu schmelzen. Nach der syrischen Erfindung des Blasrohrs wurde die Herstellung von Glas jedoch einfacher, schneller und wirtschaftlicher. Das Römische Reich übernahm weitgehend die Glasherstellung und setzte sie in allen von ihm kontrollierten Ländern um. Glashandwerker entdeckten neue Wege, um das Glas fester, klarer und bruchsicherer zu machen.

Heute wird Glas in praktisch allen Gebäuden eingesetzt. Heute kann Glas fast so stark wie Stahl sein, robust genug, um mehreren Kugeln standzuhalten, und zur Stromerzeugung verwendet werden. Obwohl einige klare Materialien aus Kunststoff und sogar Holz entwickelt wurden, bleibt Glas das vielseitigste und lässt es als klare Wahl.

Transistoren und elektronische Verwendung

Es wäre unmöglich, die Innovationen von Silizium zu diskutieren, ohne seine bemerkenswertesten Implementierungen in der elektronischen Welt zu erwähnen, und sich sogar einen Namen im Silicon Valley der Vereinigten Staaten zu verdienen. Insbesondere in Bezug auf Transistoren führte Silizium zur Entwicklung der größten Errungenschaften des Menschen - langlebige, leistungsstarke Computer.

Silizium ist weder ein Metall noch ein Nichtmetall. Es gehört zur selben Familie wie Carbon - das Metalloid. Silizium zeigt Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen, die einen Strom übertragen können, je nachdem, ob er geladen ist oder nicht. Somit kann eine "Ein" - oder "Aus" -Position erhalten werden, die eine Binärfunktion ermöglicht.

Während die ersten Transistoren aus Germanium hergestellt wurden, behinderten ihre Einschränkungen bei den Betriebstemperaturen und Stromleckageproblemen im ausgeschalteten Zustand ihre Betriebspotentiale erheblich. Obwohl es schwieriger ist, mit Silizium zu arbeiten, ermöglicht hochreines Silizium in Halbleiterqualität, dass Bauelemente von -55 bis 125 ° C arbeiten - eine signifikante Verbesserung des Rechenpotentials. 1954 entwickelte der Chemiker Morris Tanenbaum von Bell Labs den ersten funktionellen Siliziumtransistor, der die Welt der Computer für immer veränderte.

Solarzellen

Silizium wurde zu einem wichtigen Schwerpunkt für Wissenschaftler und Ingenieure. Anfang 1954 arbeiteten der Ingenieur Daryl Chapin und der Physiker Gerald Pearson an einer bestimmten Methode, bei der eine Schicht von Boratomen in Wafer aus Silizium vom n-Typ diffundiert wurde, wodurch wiederum große Bereiche von pn-Übergängen erzeugt wurden, die sich leicht unter der Oberfläche befanden. Die Beleuchtung einer Lichtquelle an den Verbindungsstellen erzeugte einen starken elektrischen Strom, der auf dem von Ohl 1940 (Meilenstein 1940) entdeckten Photovoltaikeffekt beruhte. Die Vorrichtung war in der Lage, eine Annäherung an die Effizienz aufrechtzuerhalten 6 Prozent. Das neue Gerät wurde als "Solarbatterie". Vor den 1950er Jahren wurden Solarzellen bereits in großem Umfang eingesetzt, um ländliche Telefonsysteme und Weltraumsatelliten mit Strom zu versorgen.

Heute ist Silizium in nahezu jedem Projekt implementiert. Die Vielseitigkeit von Silikonen ermöglicht es, Hitze zu widerstehen und gleichzeitig die metalloiden Eigenschaften beizubehalten, die die Herstellung von Transistoren ermöglichten. Jetzt ist Silizium ein integraler Bestandteil der Elektronik geworden, während es in Bauprodukten immer noch stark implementiert ist. Silizium ist das vielseitigste Material der Welt, es ist eines der wichtigsten Elemente auf der Erde. Damit wurden viele, wenn nicht die meisten Innovationen der Welt größtenteils durch die Entdeckung von Silizium geschaffen.

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Geschrieben von Maverick Baker


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