సర్వవ్యాప్త మూలకం: సిలికాన్
సిలికాన్, Si గుర్తు మరియు 14 అణు సంఖ్యతో సూచించబడుతుంది, ఇది ఆధునిక సాంకేతికత మరియు రోజువారీ జీవితంలో ప్రాథమిక పాత్ర పోషించే ఒక మెటల్లాయిడ్ మూలకం. ఇది భూమి యొక్క ఉపరితలంలో రెండవ అత్యంత సమృద్ధిగా లభించే మూలకం, దాని ద్రవ్యరాశిలో సుమారు 27.7% ఉంటుంది. సిలికాన్ ప్రకృతిలో దాని స్వచ్ఛమైన మూలక రూపంలో చాలా అరుదుగా లభిస్తుంది, కానీ ఆక్సిజన్తో కలిపి సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO₂) లేదా సంక్లిష్ట సిలికేట్ ఖనిజాలలో ఎక్కువగా కనిపిస్తుంది.
సిలికాన్ యొక్క సహజ లభ్యత
సిలికాన్ భూమి యొక్క ఉపరితలంలో దాదాపు పూర్తిగా సమ్మేళనాలలో మాత్రమే లభిస్తుంది. దీని అత్యంత సాధారణ సమ్మేళనం సిలికాన్ డయాక్సైడ్, ఇది సిలికాగా విస్తృతంగా పిలువబడుతుంది.
- క్వార్ట్జ్: ఇది సిలికా యొక్క ఒక సాధారణ స్ఫటికాకార రూపం మరియు ఇసుకలో ఒక ప్రధాన భాగం. భారతదేశం అంతటా, ముఖ్యంగా రాజస్థాన్, గుజరాత్ మరియు గంగా-యమునా మైదానాలలోని కొన్ని ప్రాంతాలలో క్వార్ట్జ్ ఇసుక యొక్క విస్తారమైన నిల్వలు కనిపిస్తాయి. ఈ ఇసుక నిర్మాణం మరియు గాజు తయారీకి చాలా కీలకమైనది.
- సిలికేట్ ఖనిజాలు: సిలికాన్ విస్తారమైన సిలికేట్ ఖనిజాలకు వెన్నెముకగా కూడా ఏర్పడుతుంది, ఇవి భూమి యొక్క ఉపరితలంలో ఎక్కువ భాగాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఉదాహరణలలో ఫెల్డ్స్పార్, మైకా, టాల్క్ మరియు బంకమట్టి ఉన్నాయి. ఈ ఖనిజాలు భారత ఉపఖండం అంతటా కనిపించే నేలలు, శిలలు మరియు వివిధ భౌగోళిక నిర్మాణాలకు అంతర్భాగం.
వెలికితీత మరియు పారిశ్రామిక ఉపయోగం
మూలక సిలికాన్ యొక్క పారిశ్రామిక ఉత్పత్తి ప్రధానంగా అధిక-స్వచ్ఛత గల సిలికా (క్వార్ట్జ్ ఇసుక) ను ఎలక్ట్రిక్ ఆర్క్ ఫర్నేస్లో చాలా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (సుమారు 1700 °C) కార్బన్తో క్షయకరణం చేయడం ద్వారా జరుగుతుంది.
మెటలర్జికల్ గ్రేడ్ సిలికాన్ (MGS)
ఈ ప్రక్రియ ద్వారా మెటలర్జికల్ గ్రేడ్ సిలికాన్ లభిస్తుంది, ఇది సాధారణంగా 98-99% స్వచ్ఛతతో ఉంటుంది.
- ప్రక్రియ: SiO₂ (s) + 2C (s) → Si (l) + 2CO (g)
- MGS ఉక్కు పరిశ్రమలో బలాన్ని మెరుగుపరచడానికి మరియు డీఆక్సిడైజర్గా అల్లాయింగ్ ఏజెంట్ (ఫెర్రోసిలికాన్) గా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది అల్యూమినియం మిశ్రమ లోహాల ఉత్పత్తిలో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. భారతదేశ ఉక్కు పరిశ్రమ దేశీయంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన మరియు దిగుమతి చేసుకున్న ఫెర్రోసిలికాన్ను ఉపయోగిస్తుంది.
ఎలక్ట్రానిక్ గ్రేడ్ సిలికాన్ (EGS)
ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు సోలార్ సెల్లలోని అనువర్తనాల కోసం, చాలా ఎక్కువ స్వచ్ఛత గల సిలికాన్ (99.9999999% స్వచ్ఛత వరకు) అవసరం. MGS సిమెన్స్ ప్రక్రియ వంటి సంక్లిష్ట రసాయన ప్రక్రియల ద్వారా మరింత శుద్ధి చేయబడుతుంది.
- సిమెన్స్ ప్రక్రియ: MGS హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్ (HCl) తో చర్య జరిపి ట్రైక్లోరోసిలేన్ (SiHCl₃) అనే ద్రవాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఈ ద్రవం అప్పుడు మలినాలను తొలగించడానికి భిన్న స్వేదనం ద్వారా శుద్ధి చేయబడుతుంది. చివరగా, శుద్ధి చేయబడిన ట్రైక్లోరోసిలేన్ అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద హైడ్రోజన్ వాయువుతో క్షయకరణం చేయబడి అతి స్వచ్ఛమైన సిలికాన్ను నిక్షేపిస్తుంది.
- భారతదేశంలో అనువర్తనం: భారతదేశంలోని ఎలక్ట్రానిక్స్ తయారీ మరియు సౌరశక్తి రంగాలు విస్తరిస్తున్నందున, సెమీకండక్టర్ ఫ్యాబ్రికేషన్ మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ సెల్ ఉత్పత్తికి అధిక-స్వచ్ఛత గల సిలికాన్ డిమాండ్ పెరుగుతూనే ఉంది.
సిలికాన్ యొక్క సాధారణ రోజువారీ ఉపయోగాలు
సిలికాన్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలు దానిని అనేక అనువర్తనాలలో అనివార్యంగా చేస్తాయి:
-
ఎలక్ట్రానిక్స్ (సెమీకండక్టర్లు): అతి స్వచ్ఛమైన సిలికాన్ దాదాపు అన్ని ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో ఉపయోగించే మైక్రోచిప్లు, ట్రాన్సిస్టర్లు మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లకు ప్రాథమిక పదార్థం. ఇందులో స్మార్ట్ఫోన్లు, కంప్యూటర్లు, టెలివిజన్లు మరియు భారతదేశం అంతటా విస్తృతంగా తయారు చేయబడి, ఉపయోగించబడుతున్న వివిధ డిజిటల్ ఉపకరణాలు ఉన్నాయి. భారతదేశంలోని అభివృద్ధి చెందుతున్న సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ సిలికాన్ యొక్క ఈ అనువర్తనంపై ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది.
-
గాజు తయారీ: సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (సిలికా ఇసుక) గాజులో ప్రాథమిక పదార్థం. ఇళ్ళు మరియు కార్యాలయాలలో కిటికీ అద్దాల నుండి సీసాలు, ప్రయోగశాల గాజుసామాన్లు మరియు ఫైబర్గ్లాస్ ఇన్సులేషన్ వరకు, సిలికా రూపంలో సిలికాన్ ప్రతిచోటా ఉంది. భారతదేశంలో దేశీయ సిలికా ఇసుక వనరులను ఉపయోగించుకుంటూ గణనీయమైన గాజు తయారీ పరిశ్రమ ఉంది.
-
సిరామిక్స్ మరియు నిర్మాణ పదార్థాలు: సిమెంట్, కాంక్రీటు, ఇటుకలు మరియు పలకలలో సిలికా ఒక కీలక భాగం. సిలికాన్ కార్బైడ్, సిలికాన్ మరియు కార్బన్ యొక్క సమ్మేళనం, రాపిడి పదార్థాలు, రిఫ్రాక్టరీ పదార్థాలు మరియు బుల్లెట్ప్రూఫ్ జాకెట్లలో కూడా ఉపయోగించే అత్యంత కఠినమైన పదార్థం. భారతదేశంలోని విస్తృత నిర్మాణ రంగం మౌలిక సదుపాయాల అభివృద్ధి కోసం ఈ సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాలపై ఎక్కువగా ఆధారపడుతుంది.
-
సిలికాన్లు: ఇవి సిలికాన్, ఆక్సిజన్, కార్బన్ మరియు హైడ్రోజన్లను కలిగి ఉన్న సింథటిక్ పాలిమర్లు. సిలికాన్లు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్థిరంగా ఉంటాయి, నీటిని వికర్షిస్తాయి మరియు విద్యుత్ ఇన్సులేటింగ్గా ఉంటాయి. వీటిని సీలెంట్లలో (ఉదా. బాత్రూమ్ సీలెంట్లు, విండో కాకింగ్), కందెనలలో, వైద్య ఇంప్లాంట్లలో (ఉదా. ప్రొస్తెటిక్స్, పేస్మేకర్లు), సౌందర్య సాధనాలలో మరియు వంటగది వస్తువులలో (ఉదా. సిలికాన్ బేక్వేర్) ఉపయోగిస్తారు. ఈ ఉత్పత్తులు భారతీయ గృహాలు మరియు పరిశ్రమలలో సాధారణం.
-
సోలార్ సెల్లు (ఫోటోవోల్టాయిక్స్): ఫోటోవోల్టాయిక్ సెల్ల ఉత్పత్తికి అధిక-స్వచ్ఛత గల సిలికాన్ చాలా ముఖ్యమైనది, ఇవి సూర్యరశ్మిని విద్యుత్తుగా మారుస్తాయి. పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ మరియు మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఉపయోగించే రెండు ప్రధాన రకాలు. పునరుత్పాదక శక్తి వనరుల వైపు భారతదేశం యొక్క దూకుడు ప్రయత్నం దేశవ్యాప్తంగా పెద్ద ఎత్తున సౌర క్షేత్రాల నుండి రూఫ్టాప్ ఇన్స్టాలేషన్ల వరకు సిలికాన్ ఆధారిత సోలార్ ప్యానెల్ల స్థాపనలో గణనీయమైన పెరుగుదలకు దారితీసింది.