Os metalóides representam um grupo especial de elementos que formam a ponte entre os metais e os não-metais. Esses sete componentes incríveis influenciam a tecnologia moderna de uma maneira que a maioria das pessoas nem percebe. Os sete componentes dos metaloides que alimentam os inúmeros dispositivos usados todos os dias são os chips de computador e os painéis solares.

Em 2024, as vendas mundiais de semicondutores foram estimadas em 627,6 bilhões, o que representa um aumento de 19,1% em relação ao ano anterior. Esse aumento mostra a importância desses aspectos atualmente na produção e na tecnologia. Somente a pastilha de silício obteve uma receita de 11,5 bilhões no ano de 2024, de acordo com os relatórios do setor da SEMI.

O conhecimento desses fatores ajuda os engenheiros a escolher os materiais adequados a serem usados no processo de fabricação de precisão. Os usos industriais dos metaloides incluem cada metaloide que possui algumas propriedades distintas que contribuem para sua utilidade.

O que torna os 7 elementos dos metaloides especiais?

Os metalóides têm 7 elementos: boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio e polônio. Esses elementos aparecem em uma posição diagonal na tabela periódica, formando um limite natural entre metais e não metais.

Esses elementos são conhecidos pelos cientistas devido às suas propriedades semicondutoras. Eles são bons condutores de eletricidade em comparação com os não-metais, mas não em comparação com os metais. Essa é uma conduta de nível médio que os torna adequados para a fabricação de eletrônicos. O National Institute of Standards and Technology mantém um banco de dados de todos esses elementos em seu banco de dados de tabela periódica, que contém dados detalhados sobre as propriedades atômicas de cada elemento.

Ambos os metaloides têm um brilho metálico, mas são frágeis no estado sólido. Suas ligações estruturais são covalentes, em vez de metálicas. Eles apresentam respostas peculiares à mudança de temperatura em termos de condutividade.

Como os 7 elementos dos metaloides se diferenciam dos outros elementos?

As diferenças entre os metaloides e outros grupos de elementos ficam claras quando se comparam suas propriedades lado a lado.

Dependendo da temperatura e das impurezas adicionadas, os metaloides são capazes de variar sua condutividade. Isso é flexível e é por isso que o silício é o líder em semicondutores. Estima-se que o mercado de germânio será de 263,80 milhões e chegará a 375,12 milhões devido à demanda de fibra óptica e dispositivos infravermelhos até 2024 e 2033, respectivamente.

Onde o silício domina a tecnologia moderna?

O metaloide mais importante comercialmente é o silício. O mercado de tecnologia de silício e germânio está projetado para atingir 1,2 bilhão em 2024 e 2,5 bilhões em 2033, com uma taxa de crescimento de 9,2%. Esse crescimento indica a vitalidade do silício nas telecomunicações e nos eletrônicos de consumo.

As pastilhas de silício são a única base dos processadores de computador. Com a ajuda de células de silício, os painéis solares transformam a luz do sol em eletricidade. Os compostos de silício também são usados em materiais de construção para aumentar a resistência e a durabilidade. Para obter a alta precisão exigida nessas aplicações, os fabricantes geralmente contam com Serviços de usinagem CNC para moldar e refinar componentes de silício com precisão excepcional. A abundância desse elemento na crosta terrestre torna sua produção em larga escala prática e econômica.

Quais são os setores que mais usam os 7 elementos metaloides?

Diferentes setores dependem de metaloides específicos com base em suas propriedades exclusivas.

O setor de telecomunicações consumiu $740 milhões em materiais de silício germânio somente em 2023. Os eletrônicos de consumo vieram logo em seguida, usando $650 milhões no mesmo período. Esses números da Market Research Future destacam a importância comercial dos materiais de silício-germânio. 7 elementos de metaloides na fabricação moderna.

Por que o boro fortalece as ligas metálicas?

As adições de boro ao aço e ao alumínio criam materiais mais fortes e mais duráveis. Mesmo pequenas quantidades de boro melhoram significativamente a dureza e a resistência ao desgaste. Os fabricantes de automóveis usam aço enriquecido com boro para componentes críticos de segurança.

As aplicações retardantes de chamas consomem grandes quantidades de compostos de boro. Esses materiais evitam a propagação do fogo em têxteis, plásticos e materiais de construção. Os fertilizantes agrícolas também contêm boro como um nutriente essencial para as plantas.

Como o germânio permite a comunicação rápida?

O germânio é um material bom para cabos de fibra óptica devido ao seu alto índice de refração. Esses cabos permitem a troca de dados em escala global na velocidade da luz. O boom das telecomunicações em 2024 aumentou a demanda por germânio.

Sistemas ópticos de infravermelho dependem das lentes e janelas de germânio. O germânio é usado em equipamentos de visão noturna, câmeras térmicas e equipamentos de espectroscopia. O mercado de germânio está crescendo, devido ao uso de redes 5G e sistemas de satélite de alta velocidade.

O que o arsênico faz na fabricação de semicondutores?

O arsênico é um componente eletrônico importante, apesar de ser tóxico. Em algumas aplicações, os semicondutores de arseneto de gálio têm melhor desempenho do que o silício. O arsenieto de gálio é amplamente utilizado em equipamentos de alta frequência e em componentes optoeletrônicos.

Historicamente, a preservação da madeira utilizava grandes quantidades de arsênico. As leis ambientais restringiram esses usos. A aplicação atual está concentrada na industrialização, onde as medidas de segurança são altamente observadas.

Como o antimônio melhora o desempenho da bateria?

As baterias de chumbo-ácido têm a vantagem de serem adicionadas de antimônio, o que aumenta a longevidade e minimiza a autodescarga. As baterias de automóveis são um dos maiores consumidores de antimônio. Outra área significativa de aplicação são os sinergistas retardadores de chama.

O trióxido de antimônio é usado para aumentar a eficiência de outros retardadores de chama em plásticos e têxteis. Esse método híbrido oferece maior proteção contra incêndio a um custo reduzido. O consumo de antimônio no mundo está aumentando devido à eletrificação acelerada dos veículos.

Quais aplicações precisam das propriedades do telúrio?

Os dispositivos termoelétricos convertem diferenças de temperatura em energia elétrica usando compostos de telúrio. Esses conversores de energia de estado sólido não têm partes móveis, o que os torna extremamente confiáveis. As aplicações espaciais e os sistemas remotos de geração de energia geralmente empregam a tecnologia termoelétrica.

A usinabilidade do aço e do cobre melhora com pequenas adições de telúrio. A usinagem mais fácil reduz o tempo de fabricação e o desgaste da ferramenta. O setor de painéis solares usa telureto de cádmio em células fotovoltaicas de filme fino, oferecendo uma alternativa aos painéis à base de silício.

Por que o polônio tem uso comercial limitado?

A radioatividade restringe o polônio a aplicações especializadas. As instalações de pesquisa nuclear usam isótopos de polônio como fontes de radiação. Dispositivos antiestáticos em alguns processos industriais empregam pequenas quantidades de polônio para eliminar cargas estáticas.

Os requisitos de manuseio tornam o polônio caro e complicado de usar. A maioria das aplicações potenciais mudou para alternativas mais seguras. As pesquisas sobre o polônio continuam principalmente em laboratórios de física nuclear sob protocolos de segurança rigorosos.

Como a manufatura de precisão se beneficia do conhecimento sobre metaloides?

O conhecimento das propriedades dos metaloides ajuda o fabricante a usar materiais mais adequados para uma determinada tarefa. Há estabilidade de temperatura, condutividade elétrica e resistência mecânica, que fazem parte das opções de materiais.

Os parâmetros de corte usados na usinagem de ligas ricas em metaloides são especiais. A qualidade do acabamento da superfície é determinada pela escolha correta das ferramentas e do líquido de arrefecimento. As empresas que lidam com usinagem CNC de precisão e fabricação personalizada usam esses materiais de alta tecnologia regularmente e otimizam os processos para obter os resultados mais eficazes.

Em materiais ricos em metaloides, a fragilidade deve ser considerada no projeto do componente. Esses materiais não se dobram sob forte estresse como os metais dúcteis, mas racham. A engenharia correta evitará falhas e maximizará os benefícios que esses aspectos trarão.

O que os dados recentes mostram sobre a demanda de metaloides?

Em 2024, o mercado de materiais semicondutores foi avaliado em 67,5 bilhões em todo o mundo e aumentou 3,8% em comparação com o ano anterior. Taiwan ficou no topo do consumo com um valor de 20,1 bilhões, a China com 13,5 bilhões e a Coreia com 10,5 bilhões. Esses números da SEMI mostram a concentração do processamento de metaloides na geografia.

O crescimento em 2024 foi impulsionado, em grande parte, pela inteligência artificial e pela expansão dos data centers. As tecnologias de chip e de empacotamento exigem a alta pureza do silício e do germânio. Espera-se que o nível de demanda desses materiais se mantenha com um alto crescimento até 2025.

Os materiais de planarização químico-mecânica de plaqueamento, como aqueles com compostos de boro, cresceram em seus dois dígitos. A produção de semicondutores de alta qualidade envolve processos químicos cada vez mais complicados. Os 7 elementos de metaloides continuam sendo fundamentais para esses avanços tecnológicos.

Conclusão

A tecnologia moderna tem seus blocos de construção básicos feitos pelos 7 elementos dos metaloides. O silício é usado para alimentar os dispositivos de computação em todo o mundo, com o germânio facilitando as comunicações de alta velocidade. O boro aumenta a resistência das peças importantes e o antimônio melhora o desempenho da bateria. Cada um dos elementos tem suas próprias características distintas que são necessárias em determinadas aplicações.

Os dados de mercado com estatísticas de mercado recentes confirmaram o alto crescimento da demanda em todas as aplicações de metaloides. A inteligência artificial, as comunicações 5G e os veículos elétricos impulsionaram o setor de semicondutores a crescer ainda mais. O conhecimento desses materiais ajuda os profissionais a fazer escolhas de qualidade com relação à seleção e à fabricação de materiais.

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Perguntas frequentes

Quais são os sete elementos dos metaloides?

O 7 elementos de metaloides são boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio e polônio. Esses elementos apresentam propriedades entre metais e não metais, o que os torna semicondutores valiosos. O silício é o mais importante comercialmente, dominando a fabricação de produtos eletrônicos.

Qual metaloide é mais usado em eletrônicos?

O silício domina as aplicações eletrônicas devido à sua abundância e excelentes propriedades semicondutoras. O mercado de wafer de silício gerou $11,5 bilhões em 2024. Os chips de computador, os painéis solares e os circuitos integrados dependem muito do silício ultrapuro como material de base.

Por que os metaloides são chamados de semimetais?

Os metaloides são chamados de semimetais porque apresentam características tanto de metais quanto de não metais. Eles conduzem eletricidade moderadamente bem, parecendo brilhantes como os metais, mas comportando-se quimicamente mais como os não-metais. Essa natureza intermediária lhes dá aplicações tecnológicas exclusivas que nem os metais puros nem os não-metais podem igualar.

Como os metaloides se diferenciam dos metais de transição?

Os metaloides são semicondutores, enquanto os metais de transição conduzem bem a eletricidade. Os metalóides são frágeis, enquanto os metais de transição são maleáveis. Os metaloides ocupam uma linha diagonal na tabela periódica, enquanto os metais de transição ocupam o bloco d. Suas ligações químicas e aplicações industriais também diferem significativamente.

Que preocupações de segurança existem com os elementos metaloides?

O arsênico é altamente tóxico e requer manuseio cuidadoso com ventilação e equipamentos de proteção adequados. O polônio é extremamente radioativo e perigoso. O silício e o boro são relativamente seguros em condições normais. Sempre siga as folhas de dados de segurança do material e use equipamentos de proteção adequados ao trabalhar com esses elementos.