silikon adalah unsur paling melimpah kedua di Bumi, setelah oksigen. Kelimpahan dan biayanya yang rendah menjadikannya salah satu bahan anorganik yang paling mudah didapat. Dalam perkembangan teknologi kontemporer, nanomaterialisasi dapat meningkatkan berbagai sifat silikon secara signifikan. Hal ini memiliki potensi luas untuk aplikasi dalam bahan anoda berbasis silikon, sel fotovoltaik, luminesensi, biomedis, dan bidang lainnya. Nano-silikon mengacu pada partikel silikon pada skala nano. Serbuk nano-silikon memiliki kemurnian tinggi, ukuran kecil, dan... ukuran partikel, dan distribusi yang seragam. Produk ini juga memiliki luas permukaan yang besar, aktivitas permukaan yang tinggi, dan densitas curah yang rendah. Produk ini tidak beracun dan tidak berbau. Saat ini, metode utama untuk menyiapkan bubuk nano-silikon meliputi penggilingan bola mekanis, bahan kimia deposisi uap (CVD), dan kondensasi penguapan plasma.
Mekanis Penggilingan Bola Metode
Metode ini melibatkan rotasi mekanis dan interaksi partikel. Hal ini menghasilkan tekanan penggilingan mekanis dan gaya geser. Metode ini menggiling material silikon yang lebih besar menjadi bubuk berukuran nano. Proses ini biasanya menggunakan penggilingan pasir basah yang dikombinasikan dengan pengeringan semprot. Bahan pembantu penggilingan ditambahkan selama proses penggilingan. Prosedur pasca-perlakuan juga diperlukan. Partikel nano-silikon yang dihasilkan berukuran sekitar 100 nm. Ukuran ini dapat diperkecil lebih lanjut menjadi 75-80 nm. Para pakar industri percaya bahwa, sebelum periode peningkatan volume material anoda silikon-karbon tiba, optimalisasi rantai proses dan peralatan dalam proses penggilingan bola akan menjadi kunci. Hal ini akan membantu mencapai keseimbangan terbaik antara kinerja dan biaya produk.
Metode Deposisi Uap Kimia
Deposisi uap kimia (CVD) menggunakan silana (SiH4) sebagai bahan reaksi. Silana digunakan untuk menghasilkan bubuk nano-silikon. Berdasarkan sumber energi yang digunakan untuk menginduksi pirolisis SiH4, CVD dapat dibagi menjadi deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (PECVD), deposisi uap kimia yang diinduksi laser (LICVD), dan reaktor unggun terfluidisasi (FBR). Di antara teknologi-teknologi tersebut, PECVD dan LICVD merupakan teknologi produksi industri yang paling banyak digunakan untuk bubuk nano-silikon.
Metode Kondensasi Penguapan Plasma
Metode ini telah digunakan dalam dekade terakhir untuk menghasilkan bubuk dengan kemurnian tinggi, ultra-halus, berbentuk bulat, dan bernilai tambah tinggi. Ini adalah metode yang aman dan efisien. Sumber panas plasma digunakan untuk menguapkan bahan baku menjadi atom gas, molekul, atau ion yang terionisasi sebagian. Kemudian, bahan-bahan tersebut dengan cepat dikondensasikan menjadi bubuk padat. Metode ini cocok untuk menyiapkan berbagai nanomaterial logam. Ini juga ideal untuk nanomaterial karbida dan nitrida. Bubuk nano-silikon yang dihasilkan dengan metode ini memiliki kemurnian tinggi, ukuran partikel yang dapat dikontrol, dan efisiensi produksi yang tinggi. Ini adalah teknologi utama yang digunakan oleh produsen asing terkemuka. Namun, pengenalannya di Tiongkok relatif terlambat. Penelitian di bidang ini masih dalam tahap awal. Tantangan tetap ada di bidang-bidang seperti penelitian teoretis fundamental dan studi kinerja nanopartikel. Masalah terkait hasil dan laju produksi juga tetap ada. Produksi bubuk nano-silikon berkinerja tinggi belum sepenuhnya dikontrol secara independen di Tiongkok.
Bahan Anoda Berbasis Silikon
Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan pesat baterai litium telah menempatkan fokus pada material anoda silikon. Material anoda silikon merupakan komponen penting untuk baterai litium berdensitas energi tinggi generasi mendatang. Namun, silikon mengalami ekspansi volume yang signifikan selama litiasi. Ekspansi ini membutuhkan optimasi material aktif untuk mempertahankan proses paduan dan de-alloying yang reversibel. Optimasi ini mencegah fragmentasi atau degradasi material aktif. Oleh karena itu, anoda silikon dengan struktur nano dapat mencapai stabilitas kinerja jangka panjang. Hal ini berbeda dengan anoda silikon berukuran mikron tradisional.
Bidang Sel Fotovoltaik
Nanosilikon digunakan dalam produksi sel fotovoltaik film tipis berbasis silikon generasi kedua. Secara spesifik, nanosilikon digunakan dalam sel film tipis silikon mikrokristalin. Teknologi sel film tipis berbasis nanosilikon memiliki keunggulan unik dibandingkan teknologi berbasis silikon generasi kedua lainnya. Namun, proses preparasi nanosilikon dan aplikasinya dalam sel fotovoltaik masih belum matang. Sel fotovoltaik generasi kedua memiliki pangsa pasar yang relatif rendah. Sel fotovoltaik generasi kedua belum menjadi teknologi arus utama.
Silikon nanokristalin dengan kemurnian tinggi digunakan untuk membuat pasta elektronik silikon. Pasta ini dilapisi pada permukaan substrat sel surya. Pasta ini meningkatkan efisiensi konversi sel surya silikon. Hal ini telah menjadi arah penting dalam industri surya.
Bidang Pencahayaan
Dengan mengendalikan diameter partikel nano-silikon, emisi spektrum penuh dari cahaya biru ke merah dapat dicapai. Selain itu, elektroluminesensi yang dikontrol secara elektro juga dapat didukung.
Bidang Biomedik
Karena toksisitas dan biokompatibilitasnya yang rendah, biomaterial berbasis silikon telah lama memainkan peran penting dalam biomedis. Sejak tahun 2001, nanopartikel silikon mesopori telah digunakan secara inovatif sebagai pembawa penghantar obat. Nanomaterial berbasis silikon berdimensi nol telah mengalami perkembangan yang pesat dalam aplikasi biomedis. Sebagai contoh, titik kuantum silikon dengan biokompatibilitas yang baik telah dikembangkan sebagai probe pencitraan biologis yang baru. Hal ini terinspirasi oleh sifat fotoluminesensi titik kuantum semikonduktor yang disebabkan oleh efek pembatasan kuantum.
Aplikasi Lainnya
Selain aplikasi yang telah disebutkan, nanosilikon digunakan untuk menyiapkan penyearah daya tinggi, transistor daya tinggi, dioda, perangkat switching, perangkat semikonduktor diskrit, perangkat daya, sirkuit terpadu, dan substrat epitaksial. Nanosilikon juga digunakan sebagai bahan baku pelapis suhu tinggi dan material tahan api, tahan korosi, serta antistatis. Nanosilikon, ketika dicampur dengan berlian di bawah tekanan tinggi, membentuk material komposit silikon karbida-berlian. Material ini digunakan untuk perkakas potong. Selain itu, nanosilikon digunakan dalam persiapan besi cor silikon tinggi, baja silikon, dan berbagai senyawa organosilikon.
Bubuk Epik
Solusi penggilingan mutakhir Epic Powder berada di garda terdepan dalam proses produksi nano-silikon. Dengan mengintegrasikan peralatan berkinerja tinggi seperti ball mill dan pengklasifikasi udara, Epic Powder memastikan presisi yang dibutuhkan untuk memproduksi nano-silikon dengan distribusi ukuran partikel dan kemurnian yang optimal. Baik untuk digunakan pada anoda baterai litium canggih, sel fotovoltaik, maupun aplikasi biomedis, peralatan penggilingan khusus Epic Powder dapat membantu memaksimalkan efisiensi produksi sekaligus meminimalkan konsumsi energi. Melalui penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan, Epic Powder berkontribusi pada kemajuan global aplikasi nano-silikon. Perusahaan ini menawarkan dukungan penting dalam mencapai kinerja terbaik dengan harga yang hemat biaya.