Silício É o segundo elemento mais abundante na Terra, depois do oxigênio. Sua abundância e baixo custo o tornam um dos materiais inorgânicos mais facilmente disponíveis. Nos desenvolvimentos tecnológicos contemporâneos, a nanomaterialização pode melhorar significativamente as diversas propriedades do silício. Isso tem amplo potencial para aplicações em materiais de ânodo à base de silício, células fotovoltaicas, luminescência, biomedicina e outros campos. Nanossilício refere-se a partículas de silício em nanoescala. O pó de nanossilício apresenta alta pureza e pequeno tamanho. tamanho da partículae distribuição uniforme. Possui também grande área superficial, alta atividade superficial e baixa densidade aparente. O produto é atóxico e inodoro. Atualmente, os principais métodos de preparação de pó de nano-silício incluem moagem mecânica de bolas, químico deposição de vapor (CVD) e condensação por evaporação de plasma.
Mecânico Moagem de bolas Método
Este método envolve rotação mecânica e interação de partículas. Isso gera pressão mecânica de moagem e força de cisalhamento. Ele moe materiais de silício maiores em pó nanométrico. O processo normalmente utiliza moagem em areia úmida combinada com secagem por pulverização. Auxiliares de moagem são adicionados durante o processo de moagem. Procedimentos de pós-tratamento também são necessários. As partículas de nano-silício resultantes têm cerca de 100 nm de tamanho. Este tamanho pode ser reduzido para 75-80 nm. Especialistas do setor acreditam que, antes do período de aumento de volume do material do ânodo de silício-carbono, a otimização da cadeia de processo e dos equipamentos no processo de moagem de bolas será fundamental. Isso ajudará a alcançar o melhor equilíbrio entre desempenho e custo do produto.
Método de deposição química de vapor
A deposição química de vapor (CVD) utiliza silano (SiH4) como material de reação. É utilizada para produzir pó de nano-silício. Dependendo da fonte de energia utilizada para induzir a pirólise de SiH4, a CVD pode ser dividida em deposição química de vapor aprimorada por plasma (PECVD), deposição química de vapor induzida por laser (LICVD) e reatores de leito fluidizado (FBR). Entre elas, PECVD e LICVD são as tecnologias de produção industrial mais amplamente utilizadas para pó de nano-silício.
Método de condensação por evaporação de plasma
Este método tem sido utilizado na última década para produzir pós de alta pureza, ultrafinos, esféricos e de alto valor agregado. É um método seguro e eficiente. Fontes de calor de plasma são utilizadas para vaporizar a matéria-prima em átomos gasosos, moléculas ou íons parcialmente ionizados. Em seguida, eles são rapidamente condensados em pó sólido. Este método é adequado para a preparação de diversos nanomateriais metálicos. Também é ideal para nanomateriais de carboneto e nitreto. O pó de nano-silício produzido por este método possui alta pureza, tamanho de partícula controlável e alta eficiência de produção. É a tecnologia principal utilizada pelos principais fabricantes estrangeiros. No entanto, sua introdução na China foi relativamente tardia. A pesquisa nesta área ainda está em seus estágios iniciais. Ainda existem desafios em áreas como pesquisa teórica fundamental e estudos de desempenho de nanopartículas. Questões relacionadas ao rendimento e à taxa de produção também permanecem. A produção de pó de nano-silício de alto desempenho ainda não foi totalmente controlada de forma independente na China.
Materiais de ânodo à base de silício
Nos últimos anos, o rápido desenvolvimento de baterias de lítio tem focado em materiais de ânodo de silício. Os materiais de ânodo de silício são um componente essencial para baterias de lítio de alta densidade energética de próxima geração. No entanto, o silício sofre uma expansão de volume significativa durante a litiação. Essa expansão requer a otimização do material ativo para manter os processos de liga e desligação reversíveis. Essa otimização evita a fragmentação ou degradação do material ativo. Portanto, ânodos de silício nanoestruturados podem alcançar estabilidade de desempenho a longo prazo. Isso contrasta com os ânodos de silício tradicionais de tamanho micrométrico.
Campo de células fotovoltaicas
O nanossilício é utilizado na produção de células fotovoltaicas de película fina à base de silício de segunda geração. Especificamente, é utilizado em células de película fina de silício microcristalino. A tecnologia de células de película fina à base de nanossilício apresenta vantagens únicas em relação a outras tecnologias à base de silício de segunda geração. No entanto, a preparação do nanossilício e sua aplicação em células fotovoltaicas ainda são incipientes. As células fotovoltaicas de segunda geração têm uma participação de mercado relativamente baixa e ainda não são a tecnologia predominante.
Silício nanocristalino de alta pureza é usado para produzir pasta eletrônica de silício. Essa pasta é aplicada na superfície de substratos de células solares. Ela aumenta a eficiência de conversão das células solares de silício. Isso se tornou uma importante direção na indústria solar.
Campo de Iluminação
Controlando o diâmetro das partículas de nano-silício, é possível obter uma emissão de espectro completo, da luz azul à vermelha. Além disso, é possível realizar eletroluminescência eletrocontrolada.
Campo da Biomedicina
Devido à sua baixa toxicidade e biocompatibilidade, os biomateriais à base de silício desempenham há muito tempo um papel indispensável na biomedicina. Desde 2001, nanopartículas de silício mesoporosas têm sido engenhosamente utilizadas como carreadores para liberação de fármacos. Nanomateriais de dimensão zero à base de silício têm se desenvolvido extensivamente em aplicações biomédicas. Por exemplo, pontos quânticos de silício com boa biocompatibilidade foram desenvolvidos como novas sondas de imagem biológica. Isso se inspira nas propriedades fotoluminescentes dos pontos quânticos semicondutores, causadas por efeitos de confinamento quântico.
Outras aplicações
Além das aplicações mencionadas acima, o nanossilício é usado na preparação de retificadores de alta potência, transistores de alta potência, diodos, dispositivos de comutação, dispositivos discretos semicondutores, dispositivos de potência, circuitos integrados e substratos epitaxiais. Também é usado como matéria-prima para revestimentos de alta temperatura e materiais refratários, resistentes à corrosão e antiestáticos. O nanossilício, quando misturado sob alta pressão com diamantes, forma materiais compósitos de carboneto de silício e diamante. Estes são usados em ferramentas de corte. Além disso, o nanossilício é usado na preparação de ferro fundido com alto teor de silício, aço silício e diversos compostos organossilícios.
Pó épico
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