Университет XXI века: научное измерение

Университет XXI века: научное измерение – 2022 169 ского прогресса в таких важнейших областях как производство стекло- и уг- лепластиков и других композиционных материалов. Учитывая огромные мас- штабы производства аппретов, исключение из производственного цикла хлор- силанов существенно снизит экологическую нагрузку на окружающую среду в процессах их синтеза. Такой известный и ценный материал, как кварцевое стекло , то есть стекло, не имеющее других компонентов кроме оксида кремния, ранее получали плав- лением природных разновидностей кремнезёма — горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка. В настоящее время кварцевое стекло оптического качества получают в промышленных масштабах в Англии, Германии, США, Франции и России с использованием синтетической двуокиси кремния, полу- ченной гидролизом тетраэтоксисилана и метилтриэтоксисилана [6, 7]. Плавле- ние (при температуре 1600 °С) образующегося в результате деалкоксилирова- ния силанов в факеле водородно-кислородного пламени при 800–1200 °С по- рошка диоксида кремния приводит к получению синтетического кварцевого стекла, характеризующегося высоким пропусканием света в ультрафиолетовой области спектра, содержанием ОН-групп – 500 ppm и общим содержанием га- логенов, серы или азота порядка 10 ppm. Известен и другой подход к синтезу порошкообразного диоксида кремния, использующий золь-гель технологию, которая будет подробно рассмотрена ниже [8]. Для этого проводят ступенчатый гидролиз тетраалкоксисиланов: сначала частичный, катализируемый основани- ями, и затем полный гидролиз до образования геля. Полученный гель после вы- сушивания плавится (1000–1400°С) с образованием кварцевого стекла. Приме- нение золь-гель технологии делает возможным получение тонких пленок диок- сида кремния без пор, имеющих одинаковую толщину по всей поверхности, ко- торые могут быть использованы для обработки материала полупроводника [9]. Согласно методу [10] золь-гель процесс удобно проводить в водно-спиртовой среде. Полученное в этом случае с высоким выходом синтетическое кварцевое стекло обладает прекрасными оптическими свойствами. В качестве одного из наиболее современных и актуальных химических процессов с участием алкоксисиланов следует отметить производство высоко- чистого кремния. В настоящее время этот материал является основой солнеч- ной энергетики – процессов преобразования солнечной энергии в электриче- скую. Высокочистый, так называемый «солнечный», кремний является основой элементов фотоэлектрических станций, причем их рентабельность существенно зависит от стоимости именно кремния, поэтому большое внимание исследова- телей в этой области связано с совершенствованием подходов к получению вы- сокочистого кремния. Традиционными технологиями в мировом производстве полупроводникового кремния в настоящее время являются восстановление или пиролиз летучих соединений кремния. Известны два основных способа изго- товления кремния высокой (полупроводниковой) степени чистоты – с исполь- зованием трихлорсилана или с использованием моносилана [11]. При получении высокочистого кремния из трихлорсилана (так называемый «Cименс процесс») в качестве побочных продуктов образуются четыреххлори- стый кремний и хлористый водород, что ведет к снижению выхода собственно