پاسخ به این سؤال که آیا سیلیکون رسانای خوبی برای برق است، بهسادگی «بله» یا «خیر» نیست. نوع سیلیکون، افزودنیهای مورد استفاده و نوع کاربرد تعیین میکنند که سیلیکون بهعنوان رسانا یا عایق عمل کند.
سیلیکون خالص: مادهای غیررسانا
سیلیکون در حالت خالص، غیررسانا است؛ یعنی اجازه عبور جریان الکتریکی را نمیدهد. ساختار مولکولی سیلیکون شامل پلیمرهای انعطافپذیر و پیوندهای اکسیژن-سیلیکون است که حرکت الکترونها را محدود کرده و مانع عبور جریان میشود.
بهدلیل همین ویژگی، سیلیکون معمولی گزینهای عالی برای عایقکاری الکتریکی است. کاربردها: پوشش کابلها، آببندی قطعات الکترونیکی، تجهیزات محافظتی.
سیلیکون رسانا: چگونه ساخته میشود؟
اگر بخواهید سیلیکون را رسانا کنید، باید آن را با افزودنیهایی اصلاح کنید. فیلرهایی مانند کربن بلک، نیکل یا نقره مسیرهای رسانا درون ماده ایجاد میکنند و سیلیکون را به مادهای رسانا تبدیل میکنند.
کاربردهای سیلیکون رسانا:
- محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
- تجهیزات ضد الکتریسیته ساکن (ESD)
- الکترودهای پزشکی
- کیبوردهای صنعتی و گسکتهای رسانا
مقایسه رسانایی الکتریکی مواد رایج
| ماده | رسانایی الکتریکی (S/m) | نوع رسانایی | توضیحات |
|---|---|---|---|
| مس | ~5.96 × 10⁷ | رسانای عالی | استاندارد در رسانایی بالا |
| آلومینیوم | ~3.5 × 10⁷ | رسانای خوب | جایگزین سبکتر برای مس |
| طلا | ~4.1 × 10⁷ | رسانای عالی | مقاوم در برابر خوردگی |
| کربن (گرافیت) | ~1 × 10⁴ – 3 × 10⁵ | نیمهرسانا/رسانا | وابسته به ساختار کریستالی |
| سیلیکون خالص | ~1 × 10⁻¹⁴ | عایق | فقط با افزودنیها رسانا میشود |
| شیشه | ~1 × 10⁻¹⁰ یا کمتر | عایق | رسانایی بسیار پایین |
آیا سیلیکون مرطوب یا مایع رسانای برق است؟
سیلیکون مرطوب دارای رطوبت سطحی است و در کاربردهای فضای باز استفاده میشود. سیلیکون مایع (در حالت پختنشده) برای آببندی کاربرد دارد و بسیار انعطافپذیر است.
پاسخ:
- سیلیکون مرطوب رسانا نیست؛ رطوبت سطحی اجازه عبور جریان را نمیدهد.
- فقط در صورتی که آب سطحی حاوی نمک یا آلودگی باشد، مسیر رسانا ایجاد میشود—آن هم با رسانایی بسیار پایین.
- سیلیکون مایع نیز غیررسانا است، مگر اینکه با فیلرهای رسانا اصلاح شده باشد.
خواص سیلیکون بهعنوان عایق الکتریکی
سیلیکون بهعنوان عایق الکتریکی در صنایع مختلف استفاده میشود. این ماده از عبور جریان جلوگیری کرده و مانع اتصال کوتاه میشود.
ویژگیهای کلیدی:
- پایداری در دماهای بسیار بالا و پایین
- مقاومت دیالکتریک بالا
- مقاومت در برابر شکست الکتریکی
- انعطافپذیری، پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر رطوبت
کاربردها:
- روکش کابلها
- ترکیبات پاتینگ
- عایق سیمها
- تجهیزات پزشکی، سیمکشی خودرو، آببندی هوافضا
روش ساخت سیلیکون رسانا
ساخت سیلیکون رسانا فرآیندی ساده و مؤثر است:
۱. شروع با سیلیکون مایع (پختنشده) ۲. افزودن فیلرهای رسانا مانند نقره، نیکل یا کربن بلک ۳. مخلوط کردن و پخت با حرارت یا کاتالیزور ۴. شکلدهی به محصول نهایی
نکته: میزان و نوع فیلر تعیینکننده سطح رسانایی است. با تنظیم غلظت فیلر، طراحان میتوانند رسانایی را کنترل کنند—بدون اینکه انعطافپذیری یا دوام سیلیکون کاهش یابد.
کاربردهای سیلیکون رسانا
- کیبوردهای ضد ESD
- الکترودهای پزشکی
- گسکتها و آببندهای رسانا
- جایگزین فلزات در محیطهای حساس به وزن، انعطاف یا خوردگی
مزایای سیلیکون رسانا در صنعت برق
بسیاری از مهندسان همواره بهدنبال پاسخ این سؤال هستند که آیا سیلیکون رسانای خوبی برای برق است یا نه. نکتهی مهم این است که سیلیکون در حالت خالص رسانا نیست، اما پس از اصلاح با افزودنیها، سیلیکون رسانا میشود و در کاربردهای الکتریکی مزایای زیادی دارد.
محافظت در برابر EMI و ESD با سیلیکون رسانا
یکی از مهمترین مزایای سیلیکون رسانا در صنعت برق، محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تخلیه الکتریسیته ساکن (ESD) است. سیلیکون رسانا از تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر این اختلالات محافظت میکند و در صنایع هوافضا، تجهیزات پزشکی و الکترونیک کاربرد گستردهای دارد.
انعطافپذیری، دوام و مقاومت حرارتی بالا
سیلیکون رسانا علاوه بر رسانایی، دارای ویژگیهایی مانند انعطافپذیری بالا، دوام زیاد و مقاومت در برابر حرارت است. این ویژگیها باعث میشوند این نوع لاستیک برای استفاده در آببندها، گسکتها و اتصالات مدار بسیار مناسب باشد.
کاربرد سیلیکون رسانا در صنعت پزشکی
در صنعت پزشکی، سیلیکون رسانا در ساخت الکترودها، حسگرهای پوشیدنی و تجهیزات تشخیصی استفاده میشود. دلیل این انتخاب، زیستسازگاری، قابلیت اطمینان و مقاومت در برابر رطوبت و مواد شیمیایی است.
کاربردهای سیلیکون رسانا در صنایع مختلف
سیلیکون رسانا در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از کاربردهای رایج آن عبارتاند از:
الکترونیک
در صنعت الکترونیک، سیلیکون رسانا برای محافظت EMI و انتقال حرارت در قطعات استفاده میشود.
نکته: رسانایی سیلیکون خالص در دمای اتاق بسیار محدود است و فقط با افزودنیها قابل افزایش است.
پزشکی
سیلیکون رسانای پزشکیگرید در الکترودها و تجهیزات پزشکی کاربرد دارد.
هوافضا و نظامی
در صنعت هوافضا، آببندهایی که در معرض شرایط سخت قرار دارند با سیلیکون رسانا ساخته میشوند.
قطعات رایج ساختهشده از سیلیکون رسانا
برخی از قطعات رایجی که با سیلیکون رسانا تولید میشوند عبارتاند از:
- گسکتها
- محافظهای EMI/ESD
- کیبوردها و صفحات لمسی
- پرکنندههای شکاف و دریچهها
- اتصالات مدار
- حسگرهای پوشیدنی و الکترودها
- قطعات تجهیزات پزشکی
- عایقکاری سیمکشی خودرو
- پوششهای محافظ برای قطعات الکترونیکی
