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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:何允平等编

出品人:

页数:367

译者:

出版时间:2003-7

价格:38.0

装帧:平装

isbn号码:9787502432676

丛书系列:

图书标签:

• 工业硅
• 硅材料
• 科技进展
• 材料科学
• 无机化学
• 化学工程
• 半导体
• 新能源
• 高纯硅
• 硅化学

《工业硅科技新进展》图书简介 引言 在现代工业体系中，硅元素扮演着不可或缺的角色。从电子信息产业的基石——半导体材料，到新能源领域的关键——太阳能电池，再到高分子材料、合金冶金以及生物医学等诸多前沿科技，工业硅的广泛应用和不断的技术革新，深刻地影响着人类社会的发展进程。本书《工业硅科技新进展》旨在系统、深入地梳理和呈现当前工业硅科技领域最新的研究成果、技术突破以及未来发展趋势，为相关领域的科研人员、工程师、产业界人士以及对科技发展感兴趣的读者提供一份全面而深刻的参考。 第一章：工业硅的原料基础与制备工艺革新 工业硅的生产，其根本在于对硅资源的有效开发和利用。本章将首先对全球主要的工业硅矿产分布、品位特征以及开采技术进行概览，为理解工业硅的源头提供背景。随后，将重点聚焦于工业硅制备工艺的最新进展。传统的硅铁合金法虽然仍是主流，但在能耗、环保和产品纯度方面面临挑战。因此，本章将着力阐述电弧炉法工艺的优化，包括新型电极材料的应用、炉体结构改进、还原剂（如焦炭、木炭、煤等）的配比优化与替代研究，以及如何通过智能化控制系统提升生产效率和稳定性。 更进一步，本章还将介绍熔炼过程中可能产生的副产物（如炉渣、烟尘）的回收与再利用技术，这不仅是降低生产成本、提高资源利用率的重要途径，也是实现绿色工业硅生产的关键。例如，对炉渣成分的深入分析，以及开发将其转化为建材、陶瓷等高附加值产品的工艺。同时，对于高纯度工业硅的制备，本章将探讨如真空精炼、区域熔炼、化学气相沉积（CVD）等先进提纯技术的原理、优势与局限性，以及它们在满足不同应用领域（尤其是电子级硅）对纯度需求的方面的作用。 第二章：高纯度工业硅的提纯与质量控制 随着电子信息产业和新能源产业的飞速发展，对工业硅的纯度要求日益严苛。本章将深入探讨高纯度工业硅的制备方法及其质量控制体系。我们将详细解析不同提纯技术的机理，例如： 冶金级硅的化学提纯： 重点阐述直接法（如硅酸钠法）和精馏法（如三氯氢硅法）的工艺流程、关键反应参数、催化剂选择以及产物分离技术。特别会关注三氯氢硅的制备、精馏提纯以及再氢化还原成高纯度多晶硅的整个链条，并分析不同方法在能耗、成本、杂质控制等方面的优劣。 物理提纯技术： 介绍如真空熔炼、真空蒸馏、区域熔炼等物理方法在去除特定杂质方面的应用。例如，区域熔炼如何利用硅的熔点差异来分离杂质，以及其在制备超高纯硅中的地位。 先进的杂质检测与分析技术： 针对痕量金属杂质、非金属杂质（如碳、氧、氮）的检测，将介绍如感应耦合等离子体质谱（ICP-MS）、二次离子质谱（SIMS）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）等先进分析手段的应用。并讨论如何建立完善的质量控制标准和检测流程，以确保产品满足不同应用领域的严格要求。 本章还将关注如何优化现有工艺，降低提纯过程的能耗和环境污染，例如开发更高效的回收系统，减少有害物质的排放。 第三章：工业硅在半导体产业的应用与发展 半导体产业是工业硅最核心、最关键的应用领域。本章将聚焦工业硅在这一领域的最新进展。首先，我们将回顾半导体硅材料的演变，从早期的锗到今天的硅，以及硅在晶体管、集成电路、微处理器等核心电子元件中的作用。 随后，本章将详细探讨单晶硅生长技术的最新突破，包括直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）的工艺优化，例如如何通过精确控制温度梯度、晶体生长速度、坩埚旋转速率等参数，来提高硅单晶的位错密度、氧含量、碳含量等关键指标，从而获得更高质量的硅晶圆。我们将分析新型晶体生长炉的设计和自动化控制技术的应用，以实现更高效、更稳定的单晶生长。 在晶圆制造方面，本章将深入介绍化学机械抛光（CMP）技术的发展，如何通过改进抛光液、抛光垫以及抛光工艺，实现原子级表面平整度的硅片制备，以满足日益微细化的芯片制造需求。同时，也将探讨硅晶圆的表面处理技术，如外延生长、硅基异质集成等，以拓展硅材料在高端传感器、功率器件等领域的应用。 此外，本章还将关注新型硅基半导体材料的研发，例如应变硅、硅锗合金等，以及它们在提高器件性能、降低功耗方面的潜力。最后，对硅基光电子技术的研究进展进行展望，如硅基光子集成电路的发展，为信息传输和计算提供新的可能。 第四章：工业硅在新能源领域的应用与潜力 新能源产业的发展，特别是太阳能光伏和储能技术，极大地推动了工业硅的需求和技术进步。本章将深入探讨工业硅在这一重要领域的应用。 太阳能光伏产业： 详细阐述工业硅作为多晶硅和单晶硅太阳能电池核心材料的地位。我们将分析不同晶体结构（单晶硅、多晶硅）的太阳能电池的制造工艺，并重点介绍如何通过优化工业硅的纯度、晶体质量和表面形貌，来提高光伏电池的光电转换效率。本章还将介绍薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等新兴太阳能技术的发展，以及它们与工业硅材料的潜在结合点。 储能技术： 探讨工业硅在锂离子电池、金属-空气电池等新型储能技术中的应用。例如，硅负极材料在锂离子电池中作为高容量负极材料的研发进展，如何克服硅材料的体积膨胀问题，以及其在大规模储能系统中的应用前景。 新能源汽车： 讨论工业硅在新能源汽车轻量化材料（如铝硅合金）、高性能电池（如硅基负极）以及相关电子元器件中的应用。 本章还将关注绿色能源生产技术的发展，如利用可再生能源生产工业硅，以及开发低碳足迹的硅材料制备工艺，从而构建更可持续的新能源产业链。 第五章：工业硅在其他领域的应用拓展与新兴技术 除了半导体和新能源两大支柱产业，工业硅还在许多其他领域展现出巨大的应用潜力。本章将聚焦这些新兴的应用方向和前沿技术。 金属硅合金： 详细阐述工业硅作为铝合金、镁合金等有色金属合金的重要添加剂，如何改善合金的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。我们将分析不同合金体系中硅含量的影响，以及新型高强度、轻质铝硅合金在航空航天、汽车制造领域的应用。 有机硅材料： 介绍工业硅作为生产有机硅聚合物、硅橡胶、硅油、硅树脂等各类有机硅产品的基础原料。我们将探讨有机硅材料在建筑、电子、纺织、医疗、日化等领域的广泛应用，以及其优异的耐候性、绝缘性、生物相容性等特性。 耐火材料与陶瓷： 阐述工业硅在耐火材料制造中的应用，如氧化硅砖、硅碳砖等，以及其在高温炉窑中的重要作用。同时，也将介绍硅基陶瓷在高温结构件、传感器等领域的应用。 生物医学领域： 探索硅材料在生物医学工程中的创新应用，例如医用硅橡胶在植入物、假肢等方面的应用，以及生物相容性硅基纳米材料在药物递送、组织工程等方面的研究进展。 先进制造技术： 讨论硅材料在3D打印、微机电系统（MEMS）等先进制造技术中的应用，例如硅基微流控芯片在生物分析、化学合成中的应用。 第六章：工业硅科技的未来展望与挑战 站在当前工业硅科技发展的潮头，《工业硅科技新进展》的最后一章将着眼于未来，对整个领域的发展趋势进行前瞻性分析，并指出面临的挑战。 绿色化与可持续发展： 强调工业硅产业迈向绿色化、低碳化的重要性，包括开发更节能环保的生产工艺，提高能源利用效率，减少温室气体排放，以及推广循环经济模式。 智能化与数字化： 展望工业硅生产过程的智能化升级，通过大数据、人工智能、物联网等技术，实现生产过程的精准控制、优化调度和预测性维护，提升整体生产效率和产品质量。 新材料的研发与应用： 预见未来对更高纯度、更特殊性能硅材料的需求，以及在极端应用环境下（如深空探测、高温高压环境）对硅材料提出的新挑战和研发方向。 跨学科融合： 指出工业硅科技与其他学科（如材料科学、化学、物理学、电子工程、生物医学等）的交叉融合将催生更多创新应用，例如在量子计算、生物传感器等前沿领域的应用潜力。 面临的挑战： 分析当前工业硅科技发展所面临的挑战，如高纯度硅的制备成本、关键技术自主可控、资源可持续利用、以及国际市场竞争等。 结语 《工业硅科技新进展》不仅仅是一本技术手册，更是一份对工业硅未来发展脉络的深度解读。我们希望通过本书，能够为读者打开一扇了解和认知工业硅科技前沿的窗口，激发更多创新思维，推动工业硅产业向更高质量、更可持续的方向发展，为人类社会的进步贡献更多力量。

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这本书的封面设计得相当有特色，简洁又不失专业感，那种深邃的蓝色调很容易让人联想到高科技材料的冰冷与精确。我是在一个专业论坛上看到有人推荐的，当时正为我们公司新项目所需的特种合金材料头疼，希望能找到一些关于新型金属材料的突破性进展。翻开第一页，就感觉自己踏入了一个充满活力的学术殿堂。作者的叙述方式非常平易近人，即便是像我这样主要在应用端打滚的工程师，也能迅速抓住核心概念。书中对材料微观结构的阐述，简直就是一幅精美的立体画卷，让我这个对理论研究不太深入的人都能清晰地想象出原子是如何排列、晶界是如何影响性能的。尤其是关于高熵合金的章节，简直是打开了我的新世界大门，它不像传统的教科书那样枯燥乏味，而是充满了对未来材料可能性的大胆预测和严谨的实验支撑。我特别喜欢其中关于计算材料学和人工智能辅助材料设计的讨论，这部分内容显示出作者紧跟时代脉搏，真正做到了“新进展”这三个字。这本书不仅仅是知识的堆砌，更像是一次引人入胜的科学探索之旅，让我对未来材料科学的发展方向有了更清晰的把握，为我接下来的研发工作提供了不少宝贵的思路和方向性的指引。

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这本书的阅读体验，用“震撼”来形容或许有些夸张，但绝对是令人耳目一新的。我原以为这是一本偏向基础理论的参考书，毕竟涉及“科技新进展”的领域往往晦涩难懂。然而，作者的写作功力着实了得，他成功地将复杂的物理化学原理转化为通俗易懂的语言，同时又保持了极高的专业水准。特别是对于一些前沿的合成方法学的描述，那种丝丝入扣的细节，仿佛我正亲手操作实验仪器一般。书中对不同材料体系的比较分析也做得极其到位，不像有些同类书籍只偏重某一特定方向，这本书展现了宏大的视野，横跨了多种先进材料领域。我特别留意了关于薄膜沉积技术的部分，那些关于原子层沉积（ALD）的最新优化策略和在柔性电子设备上的应用案例，直接解决了我们小组目前在器件稳定性上面临的一个瓶颈。这本书的价值远超其定价，它不是那种读完就束之高阁的工具书，而是那种需要时常翻阅、边读边做笔记、甚至在脑海中不断推演的“思维伙伴”。它激发了我深入研究材料表面工程和界面行为的强烈兴趣，这无疑是一本极具启发性的著作。

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作为一名长期关注材料科学期刊的科研人员，我深知要在一本书中全面、深入、又与时俱进地覆盖“新进展”是多么困难的一件事。这本书做到了，而且做得相当出色。它的结构安排非常精妙，每一章之间既有逻辑上的承接，又允许读者根据自己的兴趣点进行跳跃式阅读。我个人对结构材料的疲劳寿命预测模型非常感兴趣，书中对此部分的处理，引用了近三年内的顶级期刊成果，并且对不同模型的适用条件进行了细致的对比和优缺点分析，这对我撰写项目结题报告时的理论基础部分提供了极大的帮助。更难能可贵的是，作者在介绍完一项技术或发现后，总会提出一些尚未解决的挑战或者未来可能的研究方向，这种“未竟之问”的设计，有效地引导读者进行批判性思考，而不是盲目接受既有结论。整本书的气质非常“硬核”，没有过多的行业轶事或市场分析来稀释专业内容，完全聚焦于材料科学本身的深度挖掘。阅读过程中，我多次停下来，在脑海中构建新的实验方案，这本书的实操指导价值是毋庸置疑的，它是一本能真正推动一线研究的优秀著作。

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这本书的装帧虽然朴实，但其内涵的厚重感是压倒性的。我从材料学的角度切入，关注的是如何通过控制材料的合成路径来优化其宏观性能，这本书在这方面的论述可谓是面面俱到。它并没有局限于某一种特定的材料体系，而是建立了一个通用的、跨学科的框架来理解“新进展”的本质。我最欣赏的一点是，作者对实验技术和理论模型的结合把握得恰到好处。例如，在介绍一种新型催化剂的活性位点时，书中不仅展示了先进的谱学表征数据，还紧密结合了密度泛函理论（DFT）计算的结果来解释观察到的现象，这种理论与实验的无缝对接，极大地增强了论述的说服力。对于希望快速了解材料科学前沿进展的专业人士来说，这本书无疑是一份效率极高的信息浓缩包。它清晰地勾勒出了当前研究的热点、难点以及未来五到十年的发展趋势，有助于我们优化研究方向的布局。总而言之，这是一本内容扎实、视野开阔、且具有高度实践指导意义的优秀学术著作。

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我抱着一种审视者的心态打开这本书的，毕竟“科技新进展”这个标签在出版界常常意味着内容陈旧或者过于概念化。然而，这本书彻底颠覆了我的预期。它在内容组织上呈现出一种动态的、螺旋上升的结构。开篇宏观概述了当前材料科学面临的几大挑战，然后逐步深入到具体的微观机制和实验验证层面，最后又回到宏观应用和工程化可行性的讨论。这种环形结构使得读者在获取新知识的同时，始终能将其置于一个更广阔的背景之下理解。尤其让我印象深刻的是关于新型功能材料热力学稳定性的分析部分，作者没有满足于给出表面的结论，而是深入剖析了影响稳定性的多尺度因素，从电子结构到缺陷动力学，展现了深厚的理论功底。读完这部分，我感觉对如何设计具有特定功能的稳定材料有了更深刻的认识。这本书的行文风格是沉稳而富有节奏感的，像是一位经验丰富的导师在耐心引导学生探索未知领域，既有严谨的逻辑链条，又不乏令人豁然开朗的洞见。它无疑会成为我案头必备的、随时可以查阅的权威参考。

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