Silicio Il silicio è il secondo elemento più abbondante sulla Terra, dopo l'ossigeno. La sua abbondanza e il basso costo lo rendono uno dei materiali inorganici più facilmente reperibili. Negli sviluppi tecnologici contemporanei, la nanomaterializzazione può migliorare significativamente le diverse proprietà del silicio. Ciò ha un ampio potenziale per applicazioni in materiali anodici a base di silicio, celle fotovoltaiche, luminescenza, biomedicina e altri campi. Il termine nanosilicio si riferisce a particelle di silicio su scala nanometrica. La polvere di nanosilicio presenta elevata purezza, piccole dimensioni dimensione delle particellee distribuzione uniforme. Presenta inoltre un'ampia area superficiale, un'elevata attività superficiale e una bassa densità apparente. Il prodotto è atossico e inodore. Attualmente, i principali metodi per la preparazione della polvere di nanosilicio includono la macinazione meccanica a sfere, chimico deposizione da vapore (CVD) ed evaporazione/condensazione del plasma.
Meccanico Molitura a sfere Metodo
Questo metodo prevede la rotazione meccanica e l'interazione delle particelle. Questo genera una pressione di macinazione meccanica e una forza di taglio. Macina materiali di silicio di dimensioni maggiori in polvere nanometrica. Il processo utilizza tipicamente la macinazione a umido con sabbia combinata con l'essiccazione a spruzzo. Durante il processo di macinazione vengono aggiunti coadiuvanti di macinazione. Sono inoltre necessarie procedure di post-trattamento. Le particelle di nanosilicio risultanti hanno una dimensione di circa 100 nm. Queste dimensioni possono essere ulteriormente ridotte a 75-80 nm. Gli esperti del settore ritengono che, prima che inizi il periodo di aumento del volume del materiale anodico in silicio-carbonio, sarà fondamentale ottimizzare la catena di processo e le attrezzature nel processo di macinazione a sfere. Ciò contribuirà a raggiungere il miglior equilibrio tra prestazioni del prodotto e costi.
Metodo di deposizione chimica da vapore
La deposizione chimica da vapore (CVD) utilizza il silano (SiH4) come materiale di reazione. Viene utilizzata per produrre polvere di nanosilicio. A seconda della fonte di energia utilizzata per indurre la pirolisi del SiH4, la CVD può essere suddivisa in deposizione chimica da vapore potenziata al plasma (PECVD), deposizione chimica da vapore indotta da laser (LICVD) e reattori a letto fluidizzato (FBR). Tra queste, PECVD e LICVD sono le tecnologie di produzione industriale più utilizzate per la polvere di nanosilicio.
Metodo di condensazione dell'evaporazione al plasma
Questo metodo è stato utilizzato nell'ultimo decennio per produrre polveri sferiche, ultrafini, ad alta purezza e ad alto valore aggiunto. È un metodo sicuro ed efficiente. Le sorgenti di calore al plasma vengono utilizzate per vaporizzare la materia prima in atomi gassosi, molecole o ioni parzialmente ionizzati. Questi vengono quindi rapidamente condensati in polvere solida. Questo metodo è adatto per la preparazione di vari nanomateriali metallici. È ideale anche per nanomateriali a base di carburi e nitruri. La polvere di nanosilicio prodotta con questo metodo presenta elevata purezza, granulometria controllabile ed elevata efficienza produttiva. È la tecnologia principale utilizzata dai principali produttori stranieri. Tuttavia, la sua introduzione in Cina è avvenuta relativamente tardi. La ricerca in questo settore è ancora nelle sue fasi iniziali. Permangono sfide in ambiti come la ricerca teorica fondamentale e gli studi sulle prestazioni delle nanoparticelle. Permangono anche problemi relativi alla resa e alla velocità di produzione. La produzione di polvere di nanosilicio ad alte prestazioni non è ancora completamente controllata in modo indipendente in Cina.
Materiali anodici a base di silicio
Negli ultimi anni, il rapido sviluppo delle batterie al litio ha posto l'attenzione sui materiali anodici in silicio. I materiali anodici in silicio sono un componente essenziale per le batterie al litio ad alta densità energetica di nuova generazione. Tuttavia, il silicio subisce una significativa espansione di volume durante la litiazione. Questa espansione richiede l'ottimizzazione del materiale attivo per mantenere processi di lega e deallocazione reversibili. Questa ottimizzazione previene la frammentazione o la degradazione del materiale attivo. Pertanto, gli anodi in silicio nanostrutturati possono raggiungere prestazioni stabili a lungo termine, in contrasto con i tradizionali anodi in silicio di dimensioni micrometriche.
Campo di celle fotovoltaiche
Il nanosilicio viene utilizzato nella produzione di celle fotovoltaiche a film sottile di seconda generazione a base di silicio. In particolare, viene utilizzato nelle celle a film sottile in silicio microcristallino. La tecnologia delle celle a film sottile a base di nanosilicio presenta vantaggi unici rispetto ad altre tecnologie a base di silicio di seconda generazione. Tuttavia, la preparazione del nanosilicio e la sua applicazione nelle celle fotovoltaiche sono ancora in fase iniziale. Le celle fotovoltaiche di seconda generazione hanno una quota di mercato relativamente bassa. Non rappresentano ancora la tecnologia più diffusa.
Il silicio nanocristallino ad alta purezza viene utilizzato per produrre pasta elettronica al silicio. Questa pasta viene applicata sulla superficie dei substrati delle celle solari. Migliora l'efficienza di conversione delle celle solari al silicio. Questa è diventata una direzione importante nell'industria solare.
Campo di illuminazione
Controllando il diametro delle particelle di nanosilicio, è possibile ottenere un'emissione a spettro completo, dal blu al rosso. Inoltre, è possibile supportare l'elettroluminescenza elettrocontrollata.
Campo della biomedicina
Grazie alla loro bassa tossicità e biocompatibilità, i biomateriali a base di silicio svolgono da tempo un ruolo indispensabile in biomedicina. Dal 2001, le nanoparticelle di silicio mesoporose sono state ingegnosamente utilizzate come vettori per il rilascio di farmaci. I nanomateriali a base di silicio a zero dimensioni hanno visto un ampio sviluppo in applicazioni biomediche. Ad esempio, i punti quantici di silicio con buona biocompatibilità sono stati sviluppati come nuove sonde per l'imaging biologico. Ciò si ispira alle proprietà fotoluminescenti dei punti quantici semiconduttori causate dagli effetti di confinamento quantistico.
Altre applicazioni
Oltre alle applicazioni sopra menzionate, il nanosilicio viene utilizzato per preparare raddrizzatori ad alta potenza, transistor ad alta potenza, diodi, dispositivi di commutazione, dispositivi discreti a semiconduttore, dispositivi di potenza, circuiti integrati e substrati epitassiali. Viene inoltre utilizzato come materia prima per rivestimenti ad alta temperatura e materiali refrattari, resistenti alla corrosione e antistatici. Il nanosilicio, miscelato ad alta pressione con diamanti, forma materiali compositi di carburo di silicio e diamante. Questi vengono utilizzati per utensili da taglio. Inoltre, il nanosilicio viene utilizzato nella preparazione di ghisa ad alto contenuto di silicio, acciaio al silicio e vari composti organosilicici.
Polvere epica
Le soluzioni di macinazione all'avanguardia di Epic Powder sono all'avanguardia nel processo di produzione del nanosilicio. Integrando apparecchiature ad alte prestazioni come mulini a sfere e classificatori ad aria, Epic Powder garantisce la precisione necessaria per produrre nanosilicio con una distribuzione granulometrica e una purezza ottimali. Che si tratti di anodi per batterie al litio avanzate, celle fotovoltaiche o applicazioni biomediche, le apparecchiature di macinazione personalizzate di Epic Powder possono contribuire a massimizzare l'efficienza produttiva riducendo al minimo il consumo energetico. Grazie alla continua ricerca e sviluppo, Epic Powder contribuisce al progresso globale delle applicazioni del nanosilicio. L'azienda offre un supporto essenziale per ottenere le migliori prestazioni a prezzi convenienti.