硅是一種化學(xué)元素，英文名稱(chēng)Silicon，化學(xué)符號(hào)是Si，舊稱(chēng)矽，原子序數(shù)14，相對(duì)原子質(zhì)量28.0855，密度2.4g/cm?，熔點(diǎn)1414℃，沸點(diǎn)2355℃ ，元素周期表上IVA族的類(lèi)金屬元素。硅有晶體硅和無(wú)定形硅兩種同素異形體，晶體硅為鋼灰色，無(wú)定形硅為黑色，晶體硅屬于原子晶體，硬而有 光澤，有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶于水、硝酸和yan酸，溶于氫氟suan和堿液。它是地殼中 含量?jī)H次于氧的元素。硅土（又稱(chēng)二氧化硅）是一類(lèi)硅酸鹽礦物，也是沙、石英巖以及花崗巖的主要成分。

　　硅在自然界中分布極廣，一般很少以單質(zhì)的形式出現(xiàn)，主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在，地殼中約含27.6%，是地殼中僅次于氧的第二豐富元 素。主要用來(lái)制作高純半導(dǎo)體、耐高溫材料、光導(dǎo)纖維通信材料、有機(jī)硅化合物、合金等，被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、能 源、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等行業(yè)。

　　國(guó)外專(zhuān)家Mietek Jaroniec表述了硅是如何深刻地影響著我們生活的方方面面，無(wú)論是在各種材料中與其他元素化合的硅，還是用來(lái)制作電子器件 的高純硅，又或者是更新形式的‘黑硅’。

　　硅，是地殼中含量?jī)H次于氧的元素。硅土（又稱(chēng)二氧化硅）是一類(lèi)硅酸鹽礦物，也是沙、石英巖以及花崗巖的主要成分；盡管大約75%的地球都由 硅土組成，但硅單質(zhì)在自然界中卻很少見(jiàn)且直到19世紀(jì)才為人所知。其實(shí)，不純的非晶形硅可能最早在1811年便由Gay-Lussac和Thenard通過(guò)加熱 鉀和四氟化硅得到，然而，說(shuō)起硅元素，人們還是會(huì)將其發(fā)現(xiàn)歸功于Berzelius，因?yàn)槭撬?824年將通過(guò)上述方法所得的硅進(jìn)一步潤(rùn)洗提純而得 到了純硅。如今已經(jīng)可以利用電爐加熱硅土與碳的混合物至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅熔點(diǎn)（1,414 °C）的溫度（1,900-2,350 °C）來(lái)實(shí)現(xiàn)硅的大規(guī)模生產(chǎn)。

　　硅谷：激光照射過(guò)的硅表面掃描電子電鏡圖像（插圖）與美國(guó)猶他州布萊斯峽谷國(guó)家公園一角非常相似。

　　據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所指出，截至2007年，全世界包括合成硅在內(nèi)的純硅存儲(chǔ)量已經(jīng)超過(guò)了50萬(wàn)噸，這足以顯示其對(duì)當(dāng)今科技的重要性。其中超過(guò)90% 的硅用來(lái)制造含硅化學(xué)品及合金。比如常用于汽車(chē)行業(yè)富鋁合金，以及被廣泛用作潤(rùn)滑油、樹(shù)脂、橡膠或者密封膠的硅脂（特征為含有硅氧鍵和 硅碳鍵）。而以沙子形式存在的二氧化硅則是玻璃和混凝土這些最常用的材料的基礎(chǔ)原料。氣凝膠，由于其體積的90%都被孔洞所占據(jù)，屬于極輕 的二氧化硅形式，因此是非常有效的絕緣材料。

　　這些應(yīng)用固然非常重要，但硅對(duì)當(dāng)今科技和生活方式產(chǎn)生的最深刻的影響卻要?dú)w于其整體儲(chǔ)量中的一小部分（約5%），即用于包括電腦芯片、功 率晶體管、太陽(yáng)能電池以及液晶顯示器和半導(dǎo)體探測(cè)器等各種電子器件中的高純硅。而硅集成電路的微型化也使得微電子學(xué)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，這 一領(lǐng)域正在進(jìn)一步向納電子學(xué)進(jìn)軍。另外多孔硅由于其發(fā)光特性以及巨大的表面積也促進(jìn)了一系列傳感器的發(fā)展。微電子器件所需要的高純硅的 制備過(guò)程較為繁瑣，通常涉及到由粗金屬硅到氯硅烷的轉(zhuǎn)變（含有硅氯鍵的化合物），經(jīng)過(guò)分離提純后由氫還原成多晶硅，再制成硅晶圓（光滑 的薄盤(pán)）。

　　硅化學(xué)的豐富多彩令人驚嘆，且這一領(lǐng)域還在不斷涌現(xiàn)出新的發(fā)現(xiàn)。盡管1克沙粒的表面積非常小，但相同質(zhì)量、擁有可及納米級(jí)（約3 nm）孔隙的硅膠粒子，其內(nèi)表面積可以輕易超過(guò)1000平方米（大約一個(gè)奧林匹克游泳池的表面積）。這種具有有序納米孔隙的顆粒是在表面活性劑模板存 在的條件下合成的，這一合成策略為納米材料的發(fā)展提供了無(wú)限可能，比如納米多孔硅膠顆粒可以用于催化、分離、環(huán)境清理、藥物釋放以及納 米科技等各領(lǐng)域。

　　提及硅膠制品，就不得不來(lái)談一談?dòng)筛鞣N海洋生物大規(guī)模生產(chǎn)的、具有納米級(jí)精度的氧化硅材料。對(duì)大自然中的 “生物硅化作用”的理解，將會(huì)為新 型硅基材料的環(huán)境友好合成提供無(wú)限潛能，并將最終促使生物傳感器、生物催化以及現(xiàn)在被稱(chēng)為“硅生物技術(shù)”的生物分子工程學(xué)的發(fā)展。

　　另一驚人而具有科技前景的發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了揭示微納結(jié)構(gòu)的重要性。1998年，哈佛大學(xué)的Mazur團(tuán)隊(duì)報(bào)道了利用飛秒激光脈沖在含硫氣體存在情況下照 射硅晶片會(huì)使其光滑表面變成一個(gè)尖峰林立的微觀森林，與美國(guó)猶他州布萊斯峽谷國(guó)家公園非常相似（如圖）。通常，硅表面會(huì)將大部分光反射 ，但“黑硅”卻通過(guò)將可見(jiàn)光捕獲在尖峰之間而大大增強(qiáng)了對(duì)可見(jiàn)的吸收性能，這使其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用更有前景。黑硅也可以吸收波長(zhǎng)為 2500 nm的紅外輻射，因此，黑硅在光電中全新的應(yīng)用也非常值得期待。這一事例說(shuō)明，盡管硅發(fā)現(xiàn)已有200年，至今仍可以使我們驚嘆。

　　還有一些科學(xué)家指出，氧元素可能是地球內(nèi)部的主要組成部分。先前一個(gè)國(guó)際研究小組使用地震數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和理論計(jì)算證明地球內(nèi)部存在氧元素。結(jié)果表明，氧元素占外核質(zhì)量的3.7%。

　　此外，該研究團(tuán)隊(duì)還指出，外核還含有1.9%的硅元素，但并無(wú)碳或硫元素。

　　很明顯，有關(guān)地核的輕元素還需要更深入的研究。

　　盡管無(wú)法對(duì)地核直接進(jìn)行研究，但科學(xué)家能從側(cè)面去了解地核的組成，這也能進(jìn)一步促進(jìn)我們對(duì)地球形成的理解。

　　我國(guó)硅行業(yè)發(fā)展歷程：

　　我國(guó)工業(yè)硅的發(fā)展始于1957年，在當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)幫助下在遼寧建成投產(chǎn)了采用單相雙電極爐的第一個(gè)生產(chǎn)單位。1960年以后，我國(guó)開(kāi)始自行設(shè)計(jì)建設(shè) 單相和三相電極工業(yè)硅爐。從上世紀(jì)60年代初至70年代末，先后在遼寧、河北、江蘇、上海、天津、河南、青海、貴州等省區(qū)建成投產(chǎn)了十幾個(gè) 生產(chǎn)單位，形成了近2萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力。這一階段，我國(guó)的工業(yè)硅生產(chǎn)處于國(guó)內(nèi)自產(chǎn)自用，能夠達(dá)到自給自足的狀態(tài)。

　　1980年以后，我國(guó)的工業(yè)硅開(kāi)始出口，隨著出口量的迅速增加，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量迅速增漲。到80年代末，我國(guó)的工業(yè)硅企業(yè)達(dá)到約300家。1989年的 政治風(fēng)波，使我國(guó)的工業(yè)硅生產(chǎn)遭受一次重大挫折，之后的幾年，我國(guó)的工業(yè)硅企業(yè)關(guān)停或轉(zhuǎn)產(chǎn)了一半以上。上世紀(jì)90年代中期，世界工業(yè)硅出 現(xiàn)了短暫的供不應(yīng)求，價(jià)格上揚(yáng)，我國(guó)的工業(yè)硅企業(yè)又有一些恢復(fù)生產(chǎn)，還有一些單位新建或增建了工業(yè)硅爐。90年代后期，受?chē)?guó)際市場(chǎng)工業(yè)硅 價(jià)格下滑和亞洲金屬危機(jī)等因素影響，我國(guó)東北、華北、西北、華東等地區(qū)的一些工業(yè)硅企業(yè)又有一批停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，同時(shí)在電力供應(yīng)充足，且電 價(jià)較低的貴州、云南、四川等省區(qū)又新建了一批工業(yè)硅企業(yè)。

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)各地區(qū)能源和原材料供應(yīng)狀況和價(jià)格的不斷變化，不適合繼續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)被迫關(guān)停，而具有能源等供應(yīng)優(yōu)勢(shì)地區(qū)的新 建工業(yè)硅企業(yè)的建設(shè)，仍在不斷進(jìn)行著。2004年以來(lái)，國(guó)家對(duì)一些資源性產(chǎn)品行業(yè)出臺(tái)了一系列宏觀調(diào)控政策，工業(yè)硅行業(yè)是被國(guó)家宏觀調(diào)控的 行業(yè)之一。近幾年來(lái)工業(yè)硅企業(yè)又面臨著新的考驗(yàn)和抉擇。1957年至今，經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，我國(guó)建成投產(chǎn)的工業(yè)硅企業(yè)達(dá)到600家以上，目前仍 在生產(chǎn)的企業(yè)有200家以上，擁有生產(chǎn)能力達(dá)到200萬(wàn)t/a以上，實(shí)際年產(chǎn)量早已超過(guò)100萬(wàn)t。