Silikon Oksijenden sonra Dünya'da en bol bulunan ikinci elementtir. Bolluğu ve düşük maliyeti, onu en kolay bulunabilen inorganik malzemelerden biri haline getirir. Çağdaş teknolojik gelişmelerde nanomalzemeleştirme, silikonun çeşitli özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir. Bu, silikon bazlı anot malzemeleri, fotovoltaik hücreler, lüminesans, biyomedikal ve diğer alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Nano-silikon, nano ölçekteki silikon parçacıklarını ifade eder. Nano-silikon tozu, yüksek saflıkta, küçük boyutlu ve parçacık boyutuve homojen dağılıma sahiptir. Ayrıca geniş bir yüzey alanına, yüksek yüzey aktivitesine ve düşük yığın yoğunluğuna sahiptir. Ürün toksik değildir ve kokusuzdur. Şu anda, nano-silikon tozu hazırlamanın temel yöntemleri arasında mekanik bilyalı öğütme yer almaktadır. kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve plazma buharlaşma yoğunlaşması.
Mekanik Bilyalı değirmen Yöntem
Bu yöntem, mekanik rotasyon ve parçacık etkileşimini içerir. Bu, mekanik öğütme basıncı ve kesme kuvveti üretir. Daha büyük silikon malzemeleri nano boyutlu toza öğütür. İşlem genellikle ıslak kum öğütme ve püskürtmeli kurutmayı birleştirir. Öğütme işlemi sırasında öğütme yardımcıları eklenir. Son işlem prosedürleri de gereklidir. Elde edilen nano-silikon parçacıkları yaklaşık 100 nm boyutundadır. Bu boyut, 75-80 nm'ye kadar düşürülebilir. Sektör uzmanları, silikon-karbon anot malzemesi hacim artış dönemi gelmeden önce, bilyalı öğütme işlemindeki işlem zincirinin ve ekipmanların optimize edilmesinin kilit öneme sahip olduğuna inanmaktadır. Bu, ürün performansı ve maliyet arasında en iyi dengeyi sağlamaya yardımcı olacaktır.
Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi
Kimyasal buhar biriktirme (CVD), reaksiyon malzemesi olarak silan (SiH4) kullanır. Nano-silikon tozu üretmek için kullanılır. SiH4 pirolizini başlatmak için kullanılan enerji kaynağına bağlı olarak, CVD plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD), lazer kaynaklı kimyasal buhar biriktirme (LICVD) ve akışkan yataklı reaktörler (FBR) olarak sınıflandırılabilir. Bunlar arasında PECVD ve LICVD, nano-silikon tozu için en yaygın kullanılan endüstriyel üretim teknolojileridir.
Plazma Buharlaştırma Yoğunlaştırma Yöntemi
Bu yöntem son on yılda yüksek saflıkta, ultra ince, küresel ve yüksek katma değerli tozlar üretmek için kullanılmıştır. Güvenli ve verimli bir yöntemdir. Plazma ısı kaynakları, ham maddeyi gaz halindeki atomlara, moleküllere veya kısmen iyonize iyonlara buharlaştırmak için kullanılır. Daha sonra, hızla katı toz haline yoğunlaştırılırlar. Bu yöntem çeşitli metal nanomalzemelerin hazırlanması için uygundur. Ayrıca karbür ve nitrür nanomalzemeler için de idealdir. Bu yöntemle üretilen nano-silikon tozu yüksek saflığa, kontrol edilebilir parçacık boyutuna ve yüksek üretim verimliliğine sahiptir. Önde gelen yabancı üreticiler tarafından kullanılan ana akım teknolojidir. Ancak Çin'de tanıtımı nispeten geç olmuştur. Bu alandaki araştırmalar hala erken aşamalarındadır. Temel teorik araştırma ve nanopartikül performans çalışmaları gibi alanlarda zorluklar devam etmektedir. Verim ve üretim oranıyla ilgili sorunlar da devam etmektedir. Yüksek performanslı nano-silikon tozu üretimi Çin'de henüz tamamen bağımsız olarak kontrol edilmemiştir.
Silikon Bazlı Anot Malzemeleri
Son yıllarda lityum pillerin hızla gelişmesi, silikon anot malzemelerine odaklanmayı zorunlu kılmıştır. Silikon anot malzemeleri, yeni nesil yüksek enerji yoğunluklu lityum piller için olmazsa olmaz bir bileşendir. Ancak silikon, lityumlama sırasında önemli bir hacim genişlemesine uğrar. Bu genişleme, geri dönüşümlü alaşımlama ve alaşımsızlaştırma süreçlerini sürdürmek için aktif malzemenin optimizasyonunu gerektirir. Bu optimizasyon, aktif malzemenin parçalanmasını veya bozulmasını önler. Bu nedenle, nano yapılı silikon anotlar, performansta uzun vadeli istikrar sağlayabilir. Bu, geleneksel mikron boyutlu silikon anotların aksine bir durumdur.
Fotovoltaik Hücre Alanı
Nano-silikon, ikinci nesil silikon bazlı ince film fotovoltaik hücrelerin üretiminde kullanılır. Özellikle mikrokristalin silikon ince film hücrelerinde kullanılır. Nano-silikon bazlı ince film hücre teknolojisi, diğer ikinci nesil silikon bazlı teknolojilere göre benzersiz avantajlara sahiptir. Ancak, nano-silikonun hazırlanması ve fotovoltaik hücrelerde uygulanması henüz olgunlaşmamıştır. İkinci nesil fotovoltaik hücrelerin pazar payı nispeten düşüktür ve henüz ana akım teknoloji değildirler.
Yüksek saflıkta nanokristalin silikon, silikon elektronik macunu yapımında kullanılır. Bu macun, güneş pili altlıklarının yüzeyine kaplanır ve silikon güneş hücrelerinin dönüşüm verimliliğini artırır. Bu, güneş enerjisi endüstrisinde önemli bir alan haline gelmiştir.
Aydınlatma Alanı
Nano-silikon parçacıklarının çapı kontrol edilerek, mavi ışıktan kırmızı ışığa kadar tam spektrumlu bir emisyon elde edilebilir. Ayrıca, elektro-kontrollü elektrolüminesans da desteklenebilir.
Biyomedikal Alanı
Düşük toksisiteleri ve biyouyumlulukları nedeniyle, silikon bazlı biyomalzemeler biyomedikal alanda uzun süredir vazgeçilmez bir rol oynamaktadır. 2001 yılından bu yana, mezogözenekli silikon nanopartiküller ilaç taşıyıcıları olarak ustaca kullanılmaktadır. Sıfır boyutlu silikon bazlı nanomalzemeler biyomedikal uygulamalarda kapsamlı bir gelişme göstermiştir. Örneğin, iyi biyouyumluluğa sahip silikon kuantum noktaları, yeni biyolojik görüntüleme probları olarak geliştirilmiştir. Bu, kuantum hapsetme etkilerinin neden olduğu yarı iletken kuantum noktalarının fotolüminesan özelliklerinden esinlenmiştir.
Diğer Uygulamalar
Yukarıda belirtilen uygulamalara ek olarak, nano-silikon, yüksek güçlü doğrultucular, yüksek güçlü transistörler, diyotlar, anahtarlama aygıtları, yarı iletken ayrık aygıtlar, güç aygıtları, entegre devreler ve epitaksiyel alttaşların hazırlanmasında kullanılır. Ayrıca, yüksek sıcaklık kaplamaları ve refrakter, korozyona dayanıklı ve antistatik malzemeler için hammadde olarak da kullanılır. Nano-silikon, yüksek basınç altında elmaslarla karıştırıldığında silisyum karbür-elmas kompozit malzemeler oluşturur. Bunlar kesici takımlarda kullanılır. Ayrıca, nano-silikon, yüksek silisyumlu dökme demir, silisyum çelik ve çeşitli organosilikon bileşiklerinin hazırlanmasında da kullanılır.
Epik Toz
Epic Powder'ın son teknoloji öğütme çözümleri, nano silikon üretim sürecinin ön saflarında yer almaktadır. Bilyalı değirmenler ve hava sınıflandırıcılar gibi yüksek performanslı ekipmanları entegre eden Epic Powder, optimum parçacık boyutu dağılımı ve saflıkta nano silikon üretmek için gereken hassasiyeti sağlar. İster gelişmiş lityum pil anotlarında, ister fotovoltaik hücrelerde veya biyomedikal uygulamalarda kullanılsın, Epic Powder'ın özelleştirilmiş öğütme ekipmanları, enerji tüketimini en aza indirirken üretim verimliliğini en üst düzeye çıkarmanıza yardımcı olabilir. Sürekli araştırma ve geliştirme çalışmaları sayesinde Epic Powder, nano silikon uygulamalarının küresel gelişimine katkıda bulunmaktadır. Şirket, uygun fiyatlarla en iyi performansı elde etmek için temel destek sunmaktadır.