هوية المادة

السيليكون هو العنصر Si، العدد الذري 14: شبه معدن هش أزرق رمادي في مجموعة الكربون، متميز كيميائياً عن السيليكا، السيليكات، السيليكون، وكربيد السيليكون.

يتبنى السيليكون البلوري بنية مكعبة ماسية، مما يعني أن كل ذرة سيليكون مرتبطة رباعياً بذرات سيليكون مجاورة في شبكة تساهمية. هذا هو نفس النمط الهيكلي العام للماس، لكن ذرات السيليكون الأكبر والفجوة الطيفية الأضيق تعطيه سلوكاً فيزيائياً وبصرياً مختلفاً جداً.

في المجموعات والعروض التقنية، يظهر السيليكون عادة على شكل قطع متعددة البلورات مكسورة، شظايا مصبوبة، مواد أولية متفرعة أو حبيبية، قطع رقاقة، شرائح إنغوت، أو رقائق بلورية مفردة مصقولة كالمرآة. يجب التعامل بحذر مع ملصق السيليكون الطبيعي الأصلي ما لم يكن مدعوماً بوثائق تحليلية وموضعية موثوقة.

الخصائص الفيزيائية والبصرية بنظرة سريعة

تختلف القيم حسب النقاء، ودرجة الحرارة، وشكل الكريستال، والتطعيم، وبنية الحبوب، وتحضير السطح، وطول موجة القياس. يلخص الجدول التالي القيم المرجعية العملية للسيليكون العنصري كما يُلاحظ في العينات، والرقائق، والمواد التقنية.

السلوك البصري

شخصية السليكون البصرية تتغير حسب الطول الموجي: يبدو معتمًا ومعدنيًا في الضوء المرئي، لكن المادة عالية النقاء يمكن أن تصبح شفافة في تحت الأحمر.

تفسر فجوة الطاقة أيضًا الدور المركزي للسليكون في الخلايا الشمسية والإلكترونيات. يمكن للفوتونات ذات الطاقة الكافية أن تخلق حوامل شحنة، بينما تتحكم الشوائب المدخلة بعناية في حركة الشحنة عبر البلورة. لذلك، ترتبط السلوكيات البصرية والكهربائية والهيكلية ارتباطًا وثيقًا.

اللون، أفلام السطح، والثبات

السليكون الطازج لونه أزرق رمادي إلى فضي رمادي، لكن حالة السطح تؤثر بشدة على مظهره. قد تبدو الرقائق المصقولة داكنة ولامعة ومرآوية. يمكن للقطع متعددة البلورات المكسورة أن تتلألأ بوجوه متعددة. الأسطح المنقوشة أو الملمسة تشتت الضوء وتظهر بمظهر ساتان، مطفأ، أزرق-أسود، أو رمادي حسب الإضاءة والمعالجة.

يتكوّن على السليكون طبقة رقيقة من أكسيد السليكون على السطح عند تعرضه للهواء. عادةً ما تكون هذه الطبقة الأصلية رقيقة جدًا، لكن في ظروف معينة يمكن أن يسبب سمك الأكسيد والطلاءات تداخلات لونية دقيقة. في الخلايا الشمسية والرقائق التقنية، قد تنتج الطلاءات المضادة للانعكاس ألوانًا زرقاء أو بنفسجية أو برونزية أو داكنة أقوى؛ هذه الألوان تنتمي إلى الطلاء أو نسيج السطح وليس إلى السليكون نفسه.

• الأسطح المرآوية: الأسطح العريضة، الناعمة، المصقولة أو المكسورة حديثًا تعكس الضوء بقوة وقد تبدو معدنية.
• الأسطح المطفأة: علامات المنشار، النقش، الملمس الحبيبي، أو الأهرامات الدقيقة تشتت الضوء وتخفف اللمعان.
• أغشية الأكسيد: طبقات الأكسيد الأصلية أو المزروعة يمكن أن تغير النغمة بشكل طفيف وتحمي السطح في الظروف الداخلية العادية.
• الطلاءات: قد تحمل الأسطح الفوتوفولطية والبصرية طلاءات متعمدة يجب وصفها بشكل منفصل عن جسم السيليكون.

عادة البلورة، الأشكال، والأنسجة

العينات المرئية من السيليكون عادة ما تكون أشكالًا صناعية أو مخبرية بدلاً من البلورات الطبيعية. "العادة" الخاصة بها تتشكل بقدر ما تتأثر بالمعالجة كما تتأثر بالكريستالوجرافيا.

التحديد والمشابهات

أفضل طريقة لتحديد السيليكون العنصري هي الجمع بين المظهر والكثافة والكسر والصلابة والسياق، وعند الضرورة، الاختبارات التحليلية. المظهر البصري وحده غير كافٍ للمطالبات المهمة، خاصة للسيليكون الطبيعي الأصلي أو الدرجات التقنية عالية النقاء.

الملاحظة والتصوير

يتغير شكل السيليكون بشكل كبير تحت إضاءات مختلفة. يظهر الضوء المنتشر الشكل العام والتلميع. يكشف الضوء المائل المنخفض حدود الحبوب، علامات المنشار، الخطوات الدقيقة، الحواف المتكسرة، وملمس السطح. يمكن للخلفيات الداكنة أن تبرز الانعكاسية الفضية الرمادية، بينما تساعد الخلفيات الرمادية المحايدة في الحفاظ على توازن التعريض على الرقائق اللامعة كالمرآة.

• للرقائق: استخدم إضاءة ناعمة وعريضة لتجنب الإضاءات الساطعة، ثم أضف ضوءًا مائلاً واحدًا لإظهار التلميع، الأسطح المسطحة، الشقوق، والطلاءات.
• للقطع المكسورة: قم بتدويرها ببطء تحت ضوء مائل لإظهار الأسطح القشرية، الكسور الشبيهة بالقشرة، والفسيفساء الحبيبية.
• للمواد الشمسية الملموسة: صور كل من العرض المنتشر والمائل، لأن نسيج الأهرامات الدقيقة قد يختفي تحت الإضاءة المسطحة.
• للتوثيق: قم بتضمين المقياس، السماكة، قطر الرقاقة، علامات الاتجاه، الطلاءات المرئية، وأي معلومات معروفة عن الدرجة.

العناية والعرض والتعامل

السيليكون مستقر كيميائيًا في ظروف العرض الداخلية العادية، لكن هشاشته وكسرته الحادة تتطلب عناية عملية. عامل الرقائق والقطع المكسورة كمادة تقنية ذات حواف صلبة وقاطعة.