Pó de silicone é uma forma granular fina de silício que tem uso generalizado em muitos setores devido às suas propriedades e capacidades exclusivas. Esse silício cristalino em pó oferece vantagens sobre o silício a granel, incluindo facilidade de manuseio, processamento e integração em produtos acabados.
Visão geral do pó de silicone
O pó de silício tem muitos nomes: pó de silício cristalino, pó de polissilício, pó de silício para semicondutores, pó de silício para energia solar, pó de silício para fins metalúrgicos, entre outros. Em um nível amplo, os pós de silício podem ser categorizados por níveis de pureza, propriedades do material, métodos de produção, faixas de tamanho de partícula e aplicações.
O teor de silício dos pós pode variar de 98% puro para semicondutores, adequado para eletrônicos, a 95% para energia solar, para energia fotovoltaica, a 90% para elementos de liga. O tamanho da partícula do pó também varia muito, desde partículas grossas em escala micrométrica até partículas ultrafinas em escala nanométrica.
As principais propriedades e os detalhes da composição de alguns tipos comuns de pós de silício são mostrados abaixo:
| Tipo | Pureza | Tamanho da partícula | Método de produção |
|---|---|---|---|
| Grau de semicondutor | 99.999999% | 1-100 μm | Deposição de vapor químico |
| Grau solar | 99.9999% | 1-100 μm | Processo metalúrgico |
| Grau metalúrgico | 98-99% | 1-500 μm | Processo metalúrgico |
| Nanoescala | 99%+ | 1-100 nm | Síntese em fase gasosa |
A ampla gama de variedades de pó de silício permite que ele atenda a muitas aplicações distintas em eletrônicos, painéis solares, metais, cerâmicas, polímeros e muito mais.
Propriedades do silício em pó
As propriedades exclusivas do silício tornam suas formas em pó úteis para aplicações especializadas em comparação com outros pós metálicos.
Algumas propriedades dignas de nota incluem:
- Semicondutor - O pó de silício puro tem propriedades semicondutoras cruciais para a microeletrônica
- Fotovoltaico - Converte a luz solar devido às propriedades semicondutoras
- Reativo - O silício forma facilmente compostos com oxigênio, halogênios, metais etc.
- Dureza - O silício tem uma pontuação de dureza Mohs de 6,5 a 7, mais dura do que a maioria dos metais
- Resistência à oxidação - Forma uma camada protetora de dióxido de silício na superfície após a oxidação
- Resistência térmica - O alto ponto de fusão de 1414°C torna o silicone resistente ao calor
- Não tóxico - Quimicamente inerte e seguro para muitas aplicações médicas
Essas propriedades fazem com que o pó de silício desempenhe funções que vão desde o aumento da resistência mecânica em ligas, passando por caminhos condutores de eletricidade em baterias, até a absorção de raios UV em cosméticos e muito mais.
Métodos de produção para Silício em pó
O silício não ocorre na natureza em sua forma elementar pura devido à sua reatividade. Ele ocorre naturalmente como dióxido de silício ou compostos de silicatos. Portanto, a produção comercial de pó de silício envolve o processamento de minerais naturais e matérias-primas químicas.
Há duas grandes categorias de métodos de produção de pó de silício:
- Processos metalúrgicos - Envolve a redução química de alta temperatura do dióxido de silício usando gás carbono ou hidrogênio. Produz silício de baixa pureza, adequado para aplicações metalúrgicas e solares.
- Deposição de vapor químico - Decompõe moléculas reativas de gás de hidreto/haleto de silício em pó de silício ultrafino. Produz pó de altíssima pureza para eletrônicos.
Mais alguns detalhes sobre esses métodos estão descritos abaixo:
| Método | Processo | Pureza típica | Escalabilidade |
|---|---|---|---|
| Metalúrgico | Redução de sílica com carbono/hidrogênio a 1800-2000°C | 95-99% | Alta produção de tonelagem |
| Deposição química de vapor (CVD) | Moléculas de gás decompostas a ~1100°C em substratos | 99.9999999% | Menor saída para eletrônicos |
| Síntese em fase gasosa | Reações de gases de silano/clorosilano a 300-1500°C | Até 99,9999% | Produção de tonelagem moderada |
A técnica de produção ideal depende das qualidades desejadas do material e das especificações da aplicação final.
Aplicações do pó de silício
As versáteis formas em pó do silício atendem a uma ampla gama de aplicações em setores como o eletrônico, fotovoltaico, químico, metalúrgico, de polímeros e outros.
Algumas das aplicações populares dos pós de silício são mostradas abaixo:
| Setor | Formulários |
|---|---|
| Eletrônicos | Semicondutores, circuitos integrados, transistores |
| Energia solar fotovoltaica | Painéis solares, células, lingotes |
| Metalurgia | Elemento de liga, desoxidante |
| Cerâmica | Carbeto de silício, nitreto de silício |
| Polímeros | Enchimentos para resinas, plásticos e borrachas |
| Produtos químicos | Silicones, silanos, sílica pirogênica |
As aplicações utilizam pós de silício com composição variável, distribuição de tamanho de partícula, área de superfície específica, densidade de vazão/densidade de massa e outros parâmetros.
Especificações do silicone em pó
Os pós de silício destinados ao uso em produtos eletrônicos obedecem a especificações de pureza e uniformidade muito rigorosas, adequadas aos processos de microfabricação. Os parâmetros típicos são mostrados abaixo:
| Parâmetro | Especificação típica |
|---|---|
| Conteúdo de Si | >99,9999999% |
| Impurezas metálicas (cada) | <1 pptw |
| Boro, fósforo | <0,05 pptw |
| Oxigênio | < 5 ppbw |
| Carbono | < 1 ppbw |
| Distribuição do tamanho das partículas | Média de ~50 μm |
| Densidade da torneira | > 1,1 g/cc |
As especificações para os graus de pó de silício metalúrgico e solar são mais flexíveis, pois não é necessária uma pureza ultra-alta.
Fornecedores de silicone em pó
Como o silício é um dos materiais industriais mais importantes do mundo, há um grande número de empresas estabelecidas e fabricantes especializados que produzem pós de silício.
Alguns dos principais fornecedores globais são:
- REC Silicon - Fornecedor líder para os setores de semicondutores, solar e eletrônico
- Ferroglobe - Pós de silício metalúrgico e solar
- Elkem - Grande produtor de ligas de silício metalúrgico
- Dow Chemicals - Pós de silício amorfo ultrafinos
- American Elements - Ampla gama de purezas/morfologias de silício
O preço depende muito da dinâmica da demanda/oferta do mercado e dos graus de pureza do material. Algumas faixas de preço típicas são:
| Grau | Preços |
|---|---|
| Pó de Si para semicondutores | $80-150 por kg |
| Pó de Si de grau solar | $15-30 por kg |
| Pó de Si de grau metalúrgico | $5-15 por kg |
Prós e contras de Silício em pó
Algumas vantagens e desvantagens do uso do silício na forma de pó em vez de material a granel:
| Prós | Contras | |
|---|---|---|
| Facilidade de uso | Fluido, pode ser suspenso, comprimido | Tendência à agregação ao longo do tempo |
| Processamento | Facilmente integrado a fluidos ou derretimentos | Riscos de oxidação/contaminação |
| Cinética | Reações rápidas devido à alta área de superfície | Também podem ocorrer reações colaterais |
| Pureza | É possível obter purezas ultra-altas | Pureza geral mais baixa do que o Si em massa |
| Custo | Pequenas quantidades são acessíveis | Aumento de escala para quantidades em massa é caro |
A escolha depende da ponderação das prioridades para o aplicativo específico.
Perguntas frequentes
| Perguntas | Respostas |
|---|---|
| Quais são os diferentes graus de pó de silício? | Os principais graus são o grau de semicondutor (9N+ de pureza), o grau solar (6N+), o grau metalúrgico (5N) e o pó em nanoescala. |
| Qual é o melhor tamanho de partícula para pós de silício? | O tamanho de 1-100 μm é comum. Os nanopós menores, abaixo de 100 nm, oferecem propriedades exclusivas. |
| Quais características do pó de silício o tornam útil em comparação com o silício em massa? | Alta área de superfície específica, fluidez, integração em compostos/ligas, ajuste de propriedades elétricas/ópticas, morfologia controlada do pó. |
| Quais são os limites típicos de impureza para o pó de silício para semicondutores? | Oxigênio abaixo de 5 ppbw, carbono abaixo de 1 ppbw, impurezas metálicas abaixo de 1 pptw e níveis de dopantes abaixo de 0,05 pptw. |
| Que precauções são necessárias ao manusear o pó de silicone? | Evite o contato com umidade e oxigênio. Armazene em recipientes inertes. Use máscaras contra poeira, pois as nanopartículas podem ser perigosas para as vias respiratórias. |
Conclusão
Em resumo, o pó de silício oferece vantagens distintas em termos de facilidade de processamento, versatilidade de aplicações, capacidade de ajuste das propriedades do material e pureza ultra-alta. Com métodos de produção inovadores, mudanças nas demandas do setor e uso ampliado em tecnologias emergentes, o pó de silício continuará a ser um material essencial e crescente no futuro.