त्यहाँ एउटा तत्व यति प्रचुर मात्रामा र बहुमुखी छ कि यो हाम्रो आधुनिक संसारको लागि आधारभूत भएको छ। यो तत्व सिलिकन हो, एक अर्धचालक जुन आज हामीले प्रयोग गर्ने हरेक इलेक्ट्रोनिक उपकरणको मुटुमा रहेको छ।
सिलिकन एक रासायनिक तत्व हो जसको प्रतीक Si र आणविक संख्या 14 हुन्छ। यो नीलो-ग्रे धातुको चमक भएको कडा, क्रिस्टलीय ठोस हो, र टेट्राभ्यालेन्ट मेटालोइड र अर्धचालक हो। यो अक्सिजन पछि पृथ्वीको क्रस्टमा (लगभग 28% मास) मा दोस्रो सबैभन्दा प्रचुर मात्रामा तत्व हो।
सिलिकनको पिघलने बिन्दु 1414 डिग्री सेल्सियस र 3265 डिग्री सेल्सियसको उम्लने बिन्दु छ। यो अपेक्षाकृत निष्क्रिय छ, अक्सिजन वा पानी संग प्रतिक्रिया गर्दैन। तातो हुँदा यसले हलोजेन र पातलो क्षारसँग प्रतिक्रिया गर्छ। सिलिकन दुई एलोट्रोपिक रूपहरूमा अवस्थित छ; खैरो सिलिकन एक पाउडर हो, जबकि क्रिस्टलीय (धातु) सिलिकन धेरै भंगुर छ।
सिलिकनको इलेक्ट्रोनिक कन्फिगरेसन \([Ne] 3s^2 3p^2\) हो। यो कन्फिगरेसनले कसरी सिलिकनले अन्य परमाणुहरू वा अणुहरूसँग चार सहसंयोजक बन्धनहरू बनाउन सक्छ, यसलाई यौगिकहरू बनाउनमा अविश्वसनीय रूपमा बहुमुखी बनाउँदछ।
सेमिकन्डक्टरको रूपमा काम गर्ने सिलिकनको क्षमता, जसको मतलब यसले केही अवस्थाहरूमा बिजुली सञ्चालन गर्न सक्छ तर अरूलाई होइन, यसलाई इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको निर्माणमा आवश्यक बनाउँछ। यो गुणले विद्युतीय प्रवाहहरूको नियन्त्रणको लागि अनुमति दिन्छ, जुन माइक्रोचिप र सौर्य कक्षहरूदेखि स्मार्टफोन र कम्प्युटरहरूमा यन्त्रहरूमा महत्त्वपूर्ण छ।
टेक्नोलोजीमा सिलिकनको भूमिकाको मुटुमा सिलिकन चिप, वा एकीकृत सर्किट हो। सिलिकनको पातलो टुक्राबाट बनेको यो यन्त्रले हजारौंदेखि लाखौं ट्रान्जिस्टरहरू समात्न सक्छ। ट्रान्जिस्टरहरू, स्विचको रूपमा काम गर्दै, उपकरणहरूमा विद्युतीय प्रवाहको प्रवाहलाई नियन्त्रण गर्छन्।
सिलिकन प्रकृतिमा सित्तैमा पाइँदैन, तर क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार, मीका र माटो जस्ता खनिजहरूमा बाँधिएको हुन्छ। यो बालुवा को एक महत्वपूर्ण घटक पनि हो। खानी र परिष्करणको प्रक्रिया मार्फत, शुद्ध सिलिकन औद्योगिक प्रयोगको लागि निकालिन्छ।
सिलिकन जीवविज्ञानमा पनि महत्त्वपूर्ण छ, यद्यपि व्यापक रूपमा ज्ञात छैन। केही माइक्रोस्कोपिक जीवहरू, जस्तै डायटमहरू, तिनीहरूको सेल पर्खालहरू बलियो बनाउन सिलिकन प्रयोग गर्छन्। जीवित जीवहरु द्वारा सिलिकन को यो प्रयोग यो तत्व कती बहुमुखी छ को एक उदाहरण हो।
सबैभन्दा प्रसिद्ध सिलिकन यौगिकहरू मध्ये एक सिलिकन डाइअक्साइड ( \(SiO_2\) ) हो, जसलाई सामान्यतया क्वार्ट्ज भनिन्छ। यो कम्पाउन्डले गिलास, सिरेमिक र सिमेन्टको आधार बनाउँछ। सिलिकन कार्बाइड ( \(SiC\) ), अर्को कम्पाउन्ड, घर्षणको रूपमा र बुलेटप्रुफ भेस्टमा प्रयोग गरिन्छ।
2000 डिग्री सेल्सियस भन्दा माथिको तापक्रममा इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेसमा कार्बनसँग सिलिकन डाइअक्साइड घटाएर शुद्ध सिलिकन प्राप्त गरिन्छ। यस प्रतिक्रियाको लागि समीकरण हो:
\(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\)
यो प्रक्रियाले मेटलर्जिकल ग्रेड सिलिकन उत्पादन गर्छ, जुन अर्धचालक ग्रेड सिलिकन उत्पादन गर्न थप परिष्कृत हुन्छ। यसमा जोन रिफाइनिङ भनेर चिनिने प्रक्रिया समावेश हुन्छ, जहाँ सिलिकन इन्गटका साना भागहरू पग्लेर र तिनीहरूलाई पुन: स्थापना गर्न अनुमति दिएर अशुद्धताहरू हटाइन्छ।
जबकि सिलिकन आफै हानिकारक छैन, सिलिकन निकाल्ने र परिष्कृत गर्ने प्रक्रियाले वातावरणीय प्रभाव पार्न सक्छ। क्वार्ट्ज बालुवाको खनन (सिलिकनको प्राथमिक स्रोत) र सिलिकन धातु र सिलिकन यौगिकहरूको उत्पादनले वायु र जल प्रदूषण निम्त्याउन सक्छ। उद्योगमा पुन: प्रशोधन र प्रक्रिया सुधार पहलहरू मार्फत यी प्रभावहरूलाई कम गर्न प्रयासहरू भइरहेका छन्।
हामीले टेक्नोलोजीको सीमाहरू धकेल्न जारी राख्दा, सिलिकन र यसका यौगिकहरूको माग बढ्ने अपेक्षा गरिएको छ। अझ बढी कुशल सिलिकन-आधारित सेमीकन्डक्टरहरू सिर्जना गर्न, साथै वैकल्पिक सामग्रीहरूमा अनुसन्धान जारी छ जुन एक दिन सिलिकनको साथमा काम गर्न वा काम गर्न सक्छ।
गहन अध्ययनको एउटा क्षेत्र सिलिकन क्वान्टम डट्सको विकासमा छ, जसले क्वान्टम कम्प्युटिङमा प्रयोगको सम्भावना राख्छ। क्वान्टम कम्प्युटरहरू, परम्परागत कम्प्युटरहरूको विपरीत, अभूतपूर्व गतिमा जटिल गणनाहरू गर्न क्वान्टम मेकानिक्सका सिद्धान्तहरू प्रयोग गर्छन्।
त्यहाँ ऊर्जा भण्डारण प्रविधिहरूमा सिलिकनको सम्भावित प्रयोगमा निरन्तर अनुसन्धान पनि छ। सिलिकन एनोडहरू लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा प्रयोगको लागि अध्ययन भइरहेको छ किनभने तिनीहरूसँग परम्परागत ग्रेफाइट एनोडहरू भन्दा धेरै उच्च क्षमता छ। यसले इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू र विद्युतीय सवारीहरूको ब्याट्री जीवनलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउन सक्छ।
सिलिकन एक तत्व मात्र होइन; यो आधुनिक प्राविधिक परिदृश्यको आधारभूत स्तम्भ हो। यसको अद्वितीय गुणहरूले इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको सञ्चालन सक्षम गर्दछ, र यसको प्रचुरताले यसलाई अनुप्रयोगहरूको विस्तृत दायराको लागि मुख्य सामग्री बनाउँछ। हामीले सिलिकनका क्षमताहरू अन्वेषण र परिष्कृत गर्न जारी राख्दा, यो प्रविधिको भविष्यमा हाम्रो धक्काको अग्रभागमा रहन्छ।
सिलिकनको अर्धचालक गुणहरू बुझ्नको लागि, एक सामान्य रूपमा गरिएको प्रयोगले सिलिकनको चालकता मापन समावेश गर्दछ जुन यसलाई तताइएको छ। एक नियन्त्रित वातावरणमा, एक सिलिकन नमूना एक तापक्रम सेन्सर र एक मल्टिमिटर संग सर्किट मा संलग्न छ। जसरी सिलिकन बिस्तारै तातो हुन्छ, यसको चालकता बढ्छ, यसको अर्धचालक प्रकृति प्रदर्शन गर्दछ। यस प्रयोगले कसरी सिलिकनले उच्च तापक्रममा बढी बिजुली सञ्चालन गर्न सक्छ भनेर चित्रण गर्छ, यो सिद्धान्त विभिन्न इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
