Struktur silikon nitruro (SI3N4), sifat, penggunaan, penggunaan

Dia silikon nitruro Ia adalah sebatian bukan organik yang dibentuk oleh nitrogen (n) dan silikon (ya). Formula kimianya adalah jika₃N₄. Ia adalah bahan kelabu atau kelabu yang terang dari kekerasan dan ketahanan yang luar biasa pada suhu tinggi.

Oleh kerana sifatnya, silikon nituro digunakan dalam aplikasi di mana rintangan tinggi untuk dipakai dan suhu tinggi diperlukan. Sebagai contoh, ia digunakan untuk mengeluarkan alat pemotongan dan sfera.

Silicon nitride sfera ya₃N₄. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Ia digunakan dalam kepingan jentera yang mesti menahan daya mekanikal yang tinggi, seperti palet turbin, yang seperti silinder besar di mana palet mesti menghidupkan kelajuan tinggi ke atas air atau gas, menghasilkan tenaga.

Seramik Silicon Nituro digunakan untuk membuat bahagian -bahagian yang mesti bersentuhan dengan logam cair. Mereka juga berfungsi sebagai pengganti tulang atau haiwan manusia.

Dia lakukan₃N₄ Ia mempunyai sifat penebat elektrik, iaitu, ia tidak menghantar elektrik. Oleh itu ia boleh digunakan dalam aplikasi mikroelektronik atau peranti elektronik yang sangat kecil.

[TOC]

Struktur

Dalam silikon nitruro setiap atom silikon (SI) kovalen dikaitkan dengan 4 atom nitrogen (n). Sebaliknya, setiap atom nitrogen dikaitkan dengan 3 atom silikon.

Oleh itu kesatuan sangat kuat dan memberikan kestabilan yang tinggi kepada kompaun.

Lewis Struktur silikon nitrida ya₃N₄. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.Struktur dalam tiga dimensi silikon nitrida jika₃N₄. Kelabu = silikon; Biru = nitrogen. Grasso Luigi [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Silikon nitruro mempunyai tiga struktur kristal: alpha (α-yes₃N₄), beta (β-Si₃N₄) dan gamma (γ-yes₃N₄). Alfa dan beta adalah yang paling biasa. Gamma diperoleh pada tekanan tinggi dan suhu dan paling sukar.

Nomenclature

• Silikon nitruro
• Trisilicio tetranitride

Sifat

Keadaan fizikal

Pepejal kelabu terang.

Berat molekul

140.28 g/mol

Takat lebur

1900 ºC

Ketumpatan

3.44 g/cm³

Kelarutan

Tidak larut dalam air. Larut dalam asid fluorhorhoric hf.

Boleh melayani anda: CD3: Ciri, Fungsi

Sifat kimia

Ini adalah sebatian yang sangat stabil, kerana cara di mana atom silikon dan nitrogen dikaitkan dengan Si₃N_4.

Silikon nituro mempunyai ketahanan yang sangat baik terhadap asid hidroklorik (HCl) dan sulfurik (h₂SW₄). Ia juga sangat tahan terhadap pengoksidaan. Ia tahan aluminium cair dan aloi.

Sifat lain

Ia mempunyai ketahanan yang baik terhadap kejutan haba, pengekalan kekerasan yang tinggi pada suhu tinggi, rintangan yang sangat baik terhadap hakisan dan haus, dan rintangan kakisan yang sangat baik.

Ia mempunyai kekerasan yang luar biasa yang membolehkan penggunaan ketebalan bahan nipis. Mengekalkan sifatnya pada suhu tinggi.

Filem silikon nitruro adalah halangan yang sangat baik untuk penyebaran air, oksigen dan logam, walaupun pada suhu tinggi. Mereka sangat sukar dan mempunyai pemalar dielektrik yang tinggi, yang bermaksud bahawa elektrik membawa teruk, jadi mereka bertindak sebagai penebat elektrik.

Ia adalah untuk semua sebab ini bahawa ia adalah bahan yang mencukupi untuk suhu tinggi dan aplikasi tekanan mekanikal yang tinggi.

Memperoleh

Ia boleh didapati dari tindak balas antara ammonia (NH₃) dan silikon klorida (sicl₄), di mana silikon amida dihasilkan (NH₂)₄ bahawa ketika dipanaskan membentuk imida dan kemudian silikon nitruro jika₃N₄.

Reaksi boleh diringkaskan seperti berikut:

Silikon + ammonia klorida → silikon nitrida + asid hidroklorik

3 Sicl₄ (gas) + 4 nh₃ (gas) → Ya₃N₄ (pepejal) + 12 HCl (gas)

Ia juga dihasilkan merawat serbuk padat silikon (YES) dengan gas nitrogen (n₂) Pada suhu 1200-1400 ° C. Walau bagaimanapun, bahan ini mempunyai 20-30% daripada mikroporositi yang mengehadkan kekuatan mekanikalnya.

3 ya (pepejal) + 2 n₂ (gas) → Ya₃N₄ (pepejal)

Itulah sebabnya debu itu sendiri adalah sintering₃N₄ Untuk membentuk seramik yang lebih padat, ini bermakna bahawa habuk mengalami tekanan dan suhu tinggi.

Aplikasi

Dalam bidang elektronik

Silikon nitruro sering digunakan sebagai lapisan passivation atau perlindungan dalam litar bersepadu dan struktur mikromekanik.

Litar bersepadu adalah struktur yang mengandungi komponen elektronik yang diperlukan untuk melaksanakan beberapa fungsi. Ia juga dipanggil cip atau microchip.

Boleh melayani anda: logamSilikon nitruro jika₃N₄ Ia digunakan dalam pembuatan mikrochips. Pembuat naik asal adalah Zephyris di Wikipedia Bahasa Inggeris. [CC BY-S (http: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0/]]. Sumber: Wikimedia Commons.

Dia lakukan₃N₄ Ia mempunyai ketahanan yang sangat baik terhadap penyebaran air, oksigen dan logam seperti natrium, jadi ia berfungsi sebagai lapisan atau penghalang penebat.

Ia juga digunakan sebagai bahan dielektrik, ini bermakna ia adalah konduktor elektrik yang buruk, jadi ia bertindak sebagai penebat ini.

Ini berfungsi untuk aplikasi mikroelektronik dan fotonik (penjanaan dan pengesanan gelombang cahaya). Ia digunakan sebagai lapisan halus dalam lapisan optik.

Ia adalah bahan dielektrik yang paling biasa digunakan dalam kapasitor untuk lumpur dinamik akses rawak (akronim untuk bahasa Inggeris Memori Akses Rawak Dinamik), yang digunakan di komputer atau komputer.

Memori dram yang digunakan pada komputer atau komputer. Ia boleh mengandungi silikon nitruro. Victorrocha [CC oleh (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam bahan seramik

Seramik silikon nitrida mempunyai kekerasan yang tinggi dan memakai sifat rintangan, jadi ia digunakan dalam aplikasi kejuruteraan tribologi, iaitu, menggunakan di mana banyak geseran dan haus berlaku.

Dia lakukan₃N₄ padat mempunyai daya fleksibel yang tinggi, rintangan patah yang tinggi, seretan yang baik atau rintangan gelongsor, kekerasan tinggi dan rintangan hakisan yang sangat baik.

Sfera yang mengandungi pelbagai saiz yang dibuat dengan silikon nitruro. Mereka berfungsi untuk digunakan dalam jentera. Lucasbosch [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini diperoleh apabila silikon nitruro diproses dengan cara₂Sama ada₃ + Dan₂Sama ada₃) pada suhu 1750-1900 ° C.

Sintering terdiri daripada menundukkan debu sebatian ke tekanan tinggi dan suhu untuk mendapatkan bahan padat dan padat.

Seramik Silicon Nitride boleh digunakan sebagai contoh dalam peralatan pemutus aluminium, iaitu tempat yang sangat panas di mana terdapat aluminium cair.

Tiub pengedap dibuat dengan seramik sendiri₃N₄ dan digunakan dalam proses aluminium cair. Hshkrc [cc by-s (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]. Sumber: Wikimedia Commons.

Struktur Silicon Nituro Seramik memberikan peluang yang baik untuk mengoptimumkan sifat untuk aplikasi tertentu mengikut tuntutan jurutera. Malah banyak aplikasi yang berpotensi belum menjadi kenyataan.

Boleh melayani anda: perkara tidak aktif: konsep, ciri, contoh

Sebagai bahan bioperubatan

Sejak tahun 1989 ditubuhkan bahawa SI₃N₄ Ia adalah bahan biokompatibel, yang bermaksud bahawa ia dapat menggantikan sebahagian dari organisma hidup tanpa menyebabkan kerosakan dan membenarkan penjanaan semula tisu di sekelilingnya.

Ia berfungsi untuk mengeluarkan komponen untuk penggantian atau pembaikan tulang yang menyokong beban dan juga peranti intervertebral, iaitu objek kecil yang membolehkan pembaikan tulang belakang.

Dalam ujian yang dijalankan dalam manusia atau haiwan dalam masa yang singkat, kesatuan antara tulang dan implan atau kepingan seramik sama ada₃N₄.

Tulang badan manusia dapat diganti atau diganti dengan kepingan nitrida silikon. Pengarang: COM329329. Sumber: Pixabay.

Silikon nitruro tidak -toksik, nikmat melekat selular, percambahan normal atau pendaraban sel dan pembezaan sel atau pertumbuhan mereka.

Bagaimana silikon nitruro dihasilkan untuk bioperubatan

Untuk permohonan ini SI₃N₄ Ia sebelum ini diserahkan kepada proses sintering dengan bahan tambahan alumina dan ititrium oksida (ke₂Sama ada₃+Dan₂Sama ada₃). Ini terdiri daripada menggunakan tekanan dan suhu tinggi ke debu sendiri₃N₄ ditambah aditif.

Prosedur ini menyebabkan bahan yang terhasil mempunyai keupayaan untuk mencegah pertumbuhan bakteria dengan mengurangkan risiko jangkitan dan memihak kepada metabolisme selular badan.

Oleh itu ia membuka kemungkinan mempromosikan penyembuhan lebih cepat dalam peranti pembaikan tulang.

Dalam beberapa aplikasi

Ia digunakan dalam aplikasi suhu tinggi di mana rintangan haus diperlukan, seperti galas (bahagian yang menyokong pergerakan berputar dalam mesin) dan alat pemotong.

Ia juga digunakan dalam palet turbin (mesin yang dibentuk oleh dram dengan palet yang menghidupkan air atau gas dan dengan itu menjana tenaga) dan sambungan pijar (sendi suhu tinggi).

Turbin atau enjin kapal terbang, palet anda boleh mengandungi silikon nitruro. Pengarang: LARS_NISSEN_PHOTOART. Sumber: Pixabay.

Ia digunakan dalam tiub termosuplasi (sensor suhu), crosol logam cair dan penyuntik bahan api roket.

Rujukan

1. Kapas, f. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia bukan organik maju. Edisi keempat. John Wiley & Sons.
2. Atau.S. Perpustakaan Perubatan Negara. (2019). Silikon nitrida. Pulih dari pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov.
3. Dekan, J.Ke. (Editor). (1973). Buku Panduan Kimia Lange. Edisi Elementh. Syarikat Buku McGraw-Hill.
4. Zhang, j.X.J. dan Hoshino, k. (2019). Asas Nano/Microfabrication dan Kesan Skala. Dalam sensor molekul dan nanodevices (edisi kedua). Pulih dari Scientedirect.com.
5. Drouet, c. et al. (2017). Jenis seramik. Silicon Nitride: Pengenalan. Dalam kemajuan dalam biomaterial seramik. Pulih dari Scientedirect.com.
6. Kita, h. et al. (2013). Semak dan Gambaran Keseluruhan Silicon Nitride dan Sialon, termasuk aplikasi mereka. Dalam Buku Panduan Seramik Lanjutan (Edisi Kedua). Pulih dari Scientedirect.com.
7. Ho, h.L. Dan Iyer, s.S. (2001). Dram. Isu kapasitans nod. Dalam Ensiklopedia Bahan: Sains dan Teknologi. Pulih dari Scientedirect.com.
8. Zhang, c. (2014). Meremehkan sifat haus dan tribologi komposit matriks seramik. Dalam Kemajuan dalam Komposit Matriks Seramik (Edisi Kedua). Pulih dari Scientedirect.com.