碳族兩大豪門兄弟——硅碳

——新型無機非金屬材料人教版化學選修2——第三章化學與材料的發展第一節無機非金屬材料第二課時南昌大學附屬中學王巖第一頁，共二十三頁。課題1科技新“硅”--統領信息界第二頁，共二十三頁。觀看以下視頻第三頁，共二十三頁。光導纖維概述光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲（主要成分是二氧化硅），直徑只有1~100μm左右。它是由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率大于外套的折射率，光由一端進入，在內芯和外套的界面上經多次全反射，從另一端射出。光導纖維為混合物，屬于非晶體?！肮饫w之父”高琨第四頁，共二十三頁。二、光纖制備流程一般采用SiCl4或硅烷等揮發性化合物進行氧化或水解，通過氣相沉積獲得低損耗石英光纖預制件，再進行拉絲。SiCl4SiCl4(g)+O2(g)+2H2(g)==SiO2(g)+4HCl(g)

氣相沉積法？第五頁，共二十三頁。

回顧高純多晶硅硅料主要生產方法根據中間化合物的不同，化學提純多晶硅可分為不同的技術路線。目前，在工業中廣泛應用的技術主要有：三氯氫硅氫還原法（西門子法）硅烷熱分解法四氯化硅氫還原法？第六頁，共二十三頁。硅單質制備的工業流程圖多晶硅硅石粗硅工業粗硅四氯化硅單晶硅焦炭高溫酸洗Cl2高溫H2高溫99.9%太陽能級99.9999%95%~99%電子級99.999999999%SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

①高溫Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4

②SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl③高溫方法一四氯化硅氫還原法第七頁，共二十三頁。改良西門子法多晶硅制備工藝流程圖SiHCl3的制備多用粗硅與干燥氯化氫在200℃以上反應：Si十3HCl==SiHCl3+H2精餾提純后的SiHCl3用高純氫氣還原得到多晶硅SiHCl3十H2==Si十3HCl方法二—

三氯氫硅氫還原法(1)制粗硅SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑

高溫三氯氫硅（1）易水解、潮解、在空氣中強烈發煙，生成HCl和H2，HCl遇水立即轉化為鹽酸，鹽酸具有很強的腐蝕性；H2易燃易爆。2）更易揮發、更易氣化、更沸點低；3）易著火、易爆炸、著火點28℃、著火溫度220℃，燃燒時產生氯化氫和氫氣；高溫200℃第八頁，共二十三頁。方法二—三氯氫硅氫還原法改良西門子法多晶硅制備工藝原理圖硅礦石粗硅粉氯氣氯化氫合成三氯氫硅合成氯化氫氣體三氯氫硅提純干法回收四氯化硅氫化三氯氫硅三氯氫硅多晶硅還原還原尾氣氫氣氫氣1制取粗硅2三氯氫硅的合成反應3三氯氫硅混合氣的精制分離4還原制單晶硅5尾氣循環利用5尾氣循環利用第九頁，共二十三頁。

邊學邊做

整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出配平的化學反應方程式：________________；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是_______________。在上述流程中可以循環使用的物質是________________

第十頁，共二十三頁。小小科普員學以致用1你能解釋一下太陽能電池板如何發電的嗎？2這是個物理變化還是化學變化？第十一頁，共二十三頁。高溫陶瓷生物陶瓷透明陶瓷壓電陶瓷新型陶瓷第十二頁，共二十三頁。硅族其他兄弟姐妹1二氧化硅自然界里比較稀少的水晶可用以制造電子工業的重要部件、光學儀器和工藝品。二氧化硅是制造光導纖維的重要原料。2碳化硅碳化硅SiC,俗稱金剛砂。熔點高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工業磨料。如其中摻入某些雜質,會使之出現半導體,作為高溫半導體,用于電熱元件。作為高溫結構陶瓷,日益受到人們的重視。3氮化硅灰白色固體，硬度為9，是最硬的材料之一。它的導熱性好且膨脹系數小，可經受低溫高溫、驟冷驟熱反復上千次的變化而不破壞，因此是十分理想的高溫結構材料。第十三頁，共二十三頁。動動手寫出制取碳化硅、氮化硅的化學反應方程式。SiO2+3C=SiC+2CO↑3Si+2N2=Si3N43SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl

化學氣相沉積法CVD是利用氣態物質在固體表面進行化學反應,生成固態沉積物的工藝過程。

高溫高溫第十四頁，共二十三頁。結構決定性質金剛石硅晶體二氧化硅碳化硅正四面體碳化硅結構同硅相似分析其可能的性質。原子晶體第十五頁，共二十三頁。課題2名門望族—“碳”為觀止

第十六頁，共二十三頁。碳單質的不同結構碳原子的排列方式不同，造成二者物理性質的差異。金剛石石墨第十七頁，共二十三頁。模擬制備金剛石第十八頁，共二十三頁。3.石墨、金剛石、C60新材料誕生新技術討論1.高壓合成金剛石的局限性？2.化學氣相沉積法制造金剛石薄膜的原理是什么？人造金剛石第十九頁，共二十三頁。氣相沉積技術CVD(化學氣相沉積法):化學氣相沉積是在一定的真空度和溫度下，將幾種含有構成沉積膜層的材料元素的單質或化合物反應源的氣體，通過化學反應而生成固態物質并沉積在基材上的成膜方法。人造金剛石薄膜第二十頁，共二十三頁。C60一顆璀璨的“明星分子”第二十一頁，共二十三頁。定義：特性：具有特殊結構和特殊功能（性質）的新材料。能承受高溫、強度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC)具有光學特性：光導纖維具有電學特性：K3C60超導體具有生物功能：如氧化鋯(ZrO2)陶瓷可做人骨用途：醫學、日常生活、交通、通訊、機械、建