シリコン シリコンは地球上で酸素に次いで2番目に豊富な元素です。その豊富さと低コストにより、最も入手しやすい無機材料の一つとなっています。現代の技術開発において、ナノマテリアル化はシリコンの様々な特性を大幅に向上させる可能性があります。これは、シリコン系陽極材料、太陽電池、発光、バイオメディカルなどの分野への幅広い応用の可能性を秘めています。ナノシリコンとは、ナノスケールのシリコン粒子を指します。ナノシリコン粉末は、高純度で微細な粒子を特徴としています。 粒子サイズ均一に分散しており、表面積が大きく、表面活性が高く、嵩密度が低いという特徴があります。製品は無毒で無臭です。現在、ナノシリコン粉末を製造する主な方法としては、機械式ボールミル法、 化学薬品 蒸着（CVD）、プラズマ蒸発凝縮などです。
機械 ボールミル 方法
この方法は、機械的な回転と粒子の相互作用を伴います。これにより、機械的な粉砕圧力とせん断力が生じ、大きなシリコン材料をナノサイズの粉末に粉砕します。このプロセスでは通常、湿式サンドミリングとスプレードライイングを組み合わせます。粉砕工程では、粉砕助剤が添加されます。後処理も必要です。得られたナノシリコン粒子のサイズは約100nmです。これはさらに75～80nmまで縮小可能です。業界の専門家は、シリコンカーボン陽極材料の生産量増加期が到来する前に、ボールミル工程におけるプロセスチェーンと設備の最適化が鍵となると考えています。これにより、製品性能とコストの最適なバランスを実現できます。
化学蒸着法
化学気相成長法（CVD）は、シラン（SiH4）を反応物質として用い、ナノシリコン粉末の製造に用いられます。SiH4の熱分解を誘発するエネルギー源の違いにより、CVDはプラズマ化学気相成長法（PECVD）、レーザー誘起化学気相成長法（LICVD）、流動床反応器（FBR）に分類されます。これらのうち、PECVDとLICVDは、ナノシリコン粉末の工業生産技術として最も広く利用されています。
プラズマ蒸発凝縮法
この方法は、過去10年間、高純度、超微細、球状、高付加価値の粉末を製造するために使用されてきました。これは安全で効率的な方法です。プラズマ熱源を使用して、原料を気体原子、分子、または部分的にイオン化されたイオンに蒸発させます。その後、それらは急速に固体粉末に凝縮されます。この方法は、さまざまな金属ナノ材料の製造に適しています。また、炭化物および窒化物のナノ材料にも最適です。この方法で製造されたナノシリコン粉末は、純度が高く、粒子サイズを制御でき、生産効率が高いため、海外の大手メーカーが使用する主流の技術です。しかし、中国への導入は比較的遅れていました。この分野の研究はまだ初期段階にあります。基礎理論研究やナノ粒子の性能研究などの分野で課題が残っており、収量と生産速度に関する問題も残っています。高性能ナノシリコン粉末の生産は、中国ではまだ完全に独立して管理されていません。
シリコン系陽極材料
近年、リチウム電池の急速な発展に伴い、シリコン負極材料に注目が集まっています。シリコン負極材料は、次世代の高エネルギー密度リチウム電池に不可欠な要素です。しかし、シリコンはリチウム化反応中に大きな体積膨張を起こします。この膨張を防ぐには、活物質の最適化が不可欠です。これにより、可逆的な合金化・脱合金化プロセスを維持できます。この最適化により、活物質の断片化や劣化を防止できます。そのため、ナノ構造シリコン負極は、従来のミクロンサイズのシリコン負極とは対照的に、長期的な性能安定性を実現します。
太陽光発電セル分野
ナノシリコンは、第二世代シリコン系薄膜太陽電池の製造に使用されています。具体的には、微結晶シリコン薄膜太陽電池に使用されています。ナノシリコン系薄膜太陽電池技術は、他の第二世代シリコン系技術に比べて独自の利点を有しています。しかし、ナノシリコンの製造と太陽電池への応用は未成熟です。第二世代太陽電池の市場シェアは比較的低く、まだ主流の技術とは言えません。
高純度ナノ結晶シリコンは、シリコン電子ペーストの製造に使用されます。このペーストは太陽電池基板の表面に塗布され、シリコン太陽電池の変換効率を向上させます。これは太陽光発電産業における重要な方向性となっています。
照明フィールド
ナノシリコン粒子の直径を制御することで、青色から赤色までの全スペクトル発光を実現できます。さらに、電気制御によるエレクトロルミネッセンス（EL）もサポート可能です。
バイオメディカル分野
シリコン系バイオマテリアルは、その低毒性と生体適合性から、長きにわたりバイオメディカルにおいて不可欠な役割を果たしてきました。2001年以降、メソポーラスシリコンナノ粒子は、薬物送達キャリアとして巧みに利用されてきました。ゼロ次元シリコン系ナノマテリアルは、バイオメディカル分野において幅広い発展を遂げています。例えば、優れた生体適合性を持つシリコン量子ドットは、量子閉じ込め効果によって生じる半導体量子ドットの発光特性に着想を得た、新たな生物学的イメージングプローブとして開発されています。
その他のアプリケーション
上記の用途に加え、ナノシリコンは、高出力整流器、高出力トランジスタ、ダイオード、スイッチングデバイス、半導体ディスクリートデバイス、パワーデバイス、集積回路、エピタキシャル基板の製造にも使用されています。また、高温コーティング、耐火材料、耐腐食材料、帯電防止材料の原料としても使用されています。ナノシリコンは、高圧下でダイヤモンドと混合することで、炭化ケイ素とダイヤモンドの複合材料を形成します。これらは切削工具に使用されます。さらに、ナノシリコンは、高シリコン鋳鉄、シリコン鋼、および様々な有機シリコン化合物の製造にも使用されています。
エピックパウダー
Epic Powderの最先端の粉砕ソリューションは、ナノシリコン製造プロセスの最先端を担っています。ボールミルや空気分級機などの高性能機器を統合することで、最適な粒度分布と純度を持つナノシリコンの製造に必要な精度を確保しています。先進リチウム電池のアノード、太陽電池、バイオメディカル用途など、Epic Powderのカスタマイズされた粉砕装置は、エネルギー消費を最小限に抑えながら生産効率を最大化するのに役立ちます。継続的な研究開発を通じて、Epic Powderはナノシリコン用途の世界的な発展に貢献しています。当社は、コスト効率の高い価格で最高のパフォーマンスを実現するための不可欠なサポートを提供しています。