Silicium Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur Terre, après l'oxygène. Son abondance et son faible coût en font l'un des matériaux inorganiques les plus facilement disponibles. Grâce aux avancées technologiques actuelles, la nanomatérialisation peut améliorer considérablement les diverses propriétés du silicium. Ce matériau offre un vaste potentiel d'applications dans les matériaux d'anode à base de silicium, les cellules photovoltaïques, la luminescence, la biomédecine et d'autres domaines. Le nanosilicium désigne les particules de silicium à l'échelle nanométrique. La poudre de nanosilicium se caractérise par une grande pureté et une petite taille. la taille des particules, et une distribution uniforme. Il présente également une grande surface spécifique, une activité de surface élevée et une faible masse volumique apparente. Ce produit est non toxique et inodore. Actuellement, les principales méthodes de préparation de la poudre de nano-silicium comprennent le broyage mécanique à billes. chimique dépôt en phase vapeur (CVD) et condensation par évaporation plasma.
Mécanique Broyage à boulets Méthode
Cette méthode implique une rotation mécanique et une interaction entre les particules. Cela génère une pression de broyage mécanique et une force de cisaillement. Elle broie des matériaux de silicium de plus grande taille en une poudre nanométrique. Le procédé utilise généralement un broyage au sable humide combiné à un séchage par atomisation. Des adjuvants de broyage sont ajoutés pendant le broyage. Des procédures de post-traitement sont également nécessaires. Les particules de nano-silicium obtenues mesurent environ 100 nm, une taille qui peut être réduite à 75-80 nm. Les experts du secteur estiment qu'avant l'augmentation du volume des matériaux d'anode silicium-carbone, l'optimisation de la chaîne de traitement et des équipements du procédé de broyage à boulets sera essentielle. Cela permettra d'atteindre le meilleur équilibre entre performance et coût du produit.
Méthode de dépôt chimique en phase vapeur
Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) utilise le silane (SiH4) comme matériau de réaction. Il permet de produire de la poudre de nano-silicium. Selon la source d'énergie utilisée pour induire la pyrolyse du SiH4, le CVD peut être divisé en deux catégories : dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), dépôt chimique en phase vapeur induit par laser (LICVD) et réacteurs à lit fluidisé (FBR). Parmi ces technologies, le PECVD et le LICVD sont les technologies de production industrielle les plus répandues pour la poudre de nano-silicium.
Méthode d'évaporation-condensation par plasma
Cette méthode est utilisée depuis une dizaine d'années pour produire des poudres ultrafines, sphériques et de haute pureté, à forte valeur ajoutée. Sûre et efficace, elle utilise des sources de chaleur plasma pour vaporiser la matière première en atomes gazeux, molécules ou ions partiellement ionisés. Ces derniers sont ensuite rapidement condensés en poudre solide. Cette méthode convient à la préparation de divers nanomatériaux métalliques, ainsi qu'aux nanomatériaux à base de carbure et de nitrure. La poudre de nano-silicium ainsi produite présente une grande pureté, une granulométrie contrôlable et un rendement de production élevé. Il s'agit de la technologie la plus utilisée par les principaux fabricants étrangers. Cependant, son introduction en Chine est relativement tardive. La recherche dans ce domaine n'en est qu'à ses débuts. Des défis subsistent dans des domaines tels que la recherche théorique fondamentale et les études de performance des nanoparticules. Des problèmes de rendement et de cadence de production subsistent également. La production de poudre de nano-silicium haute performance n'est pas encore totalement contrôlée de manière indépendante en Chine.
Matériaux d'anode à base de silicium
Ces dernières années, le développement rapide des batteries au lithium a mis l'accent sur les matériaux d'anode en silicium. Ces matériaux sont essentiels aux batteries au lithium haute densité énergétique de nouvelle génération. Cependant, le silicium subit une expansion volumique importante lors de la lithiation. Cette expansion nécessite une optimisation du matériau actif afin de maintenir les processus d'alliage et de désalliage réversibles. Cette optimisation empêche la fragmentation ou la dégradation du matériau actif. Par conséquent, les anodes en silicium nanostructurées permettent d'obtenir des performances stables à long terme, contrairement aux anodes en silicium traditionnelles de l'ordre du micron.
Champ de cellules photovoltaïques
Le nano-silicium est utilisé dans la production de cellules photovoltaïques à couches minces de deuxième génération à base de silicium. Il est notamment utilisé dans les cellules à couches minces de silicium microcristallin. Cette technologie présente des avantages uniques par rapport aux autres technologies à base de silicium de deuxième génération. Cependant, la préparation du nano-silicium et son application aux cellules photovoltaïques sont encore immatures. Les cellules photovoltaïques de deuxième génération occupent une part de marché relativement faible et ne constituent pas encore la technologie dominante.
Le silicium nanocristallin de haute pureté est utilisé pour fabriquer de la pâte électronique de silicium. Cette pâte est appliquée sur la surface des substrats de cellules solaires. Elle améliore le rendement de conversion des cellules solaires en silicium. Cette technologie est devenue une orientation importante de l'industrie solaire.
Champ d'éclairage
En contrôlant le diamètre des particules de nano-silicium, il est possible d'obtenir une émission sur tout le spectre, du bleu au rouge. De plus, l'électroluminescence peut être contrôlée.
Domaine de la biomédecine
Grâce à leur faible toxicité et à leur biocompatibilité, les biomatériaux à base de silicium jouent depuis longtemps un rôle indispensable en biomédecine. Depuis 2001, les nanoparticules de silicium mésoporeuses sont ingénieusement utilisées comme vecteurs d'administration de médicaments. Les nanomatériaux à base de silicium adimensionnels ont connu un développement considérable dans les applications biomédicales. Par exemple, des points quantiques en silicium présentant une bonne biocompatibilité ont été développés comme sondes d'imagerie biologique innovantes. Cette approche s'inspire des propriétés photoluminescentes des points quantiques semi-conducteurs, induites par les effets de confinement quantique.
Autres applications
Outre les applications mentionnées ci-dessus, le nano-silicium est utilisé dans la fabrication de redresseurs et de transistors de forte puissance, de diodes, de dispositifs de commutation, de composants discrets à semi-conducteurs, de dispositifs de puissance, de circuits intégrés et de substrats épitaxiaux. Il sert également de matière première pour les revêtements haute température et les matériaux réfractaires, résistants à la corrosion et antistatiques. Mélangé sous haute pression à des diamants, le nano-silicium forme des matériaux composites carbure de silicium-diamant. Ces matériaux sont utilisés pour les outils de coupe. De plus, le nano-silicium est utilisé dans la préparation de fonte à haute teneur en silicium, d'acier au silicium et de divers composés organosiliciés.
Poudre épique
Les solutions de broyage de pointe d'Epic Powder sont à la pointe du processus de production de nano-silicium. Grâce à l'intégration d'équipements performants tels que des broyeurs à boulets et des classificateurs à air, Epic Powder garantit la précision requise pour produire du nano-silicium avec une granulométrie et une pureté optimales. Que ce soit pour des anodes de batteries au lithium avancées, des cellules photovoltaïques ou des applications biomédicales, les équipements de broyage sur mesure d'Epic Powder permettent d'optimiser l'efficacité de la production tout en minimisant la consommation d'énergie. Grâce à une recherche et un développement continus, Epic Powder contribue à l'avancement mondial des applications du nano-silicium. L'entreprise offre un soutien essentiel pour atteindre les meilleures performances à des prix compétitifs.