Silic là nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái Đất, sau oxy. Sự phong phú và giá thành thấp của nó khiến nó trở thành một trong những vật liệu vô cơ dễ kiếm nhất. Trong những phát triển công nghệ hiện đại, vật liệu nano có thể cải thiện đáng kể các tính chất khác nhau của silicon. Điều này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong vật liệu anode gốc silicon, pin quang điện, phát quang, y sinh học và các lĩnh vực khác. Nano-silicon là các hạt silicon ở cấp độ nano. Bột nano-silicon có độ tinh khiết cao, kích thước nhỏ kích thước hạt, và phân bố đồng đều. Nó cũng có diện tích bề mặt lớn, hoạt tính bề mặt cao và mật độ khối thấp. Sản phẩm không độc hại và không mùi. Hiện nay, các phương pháp chính để chế tạo bột nano-silicon bao gồm nghiền bi cơ học, hóa chất lắng đọng hơi (CVD) và ngưng tụ bay hơi plasma.
Cơ khí Nghiền bi Phương pháp
Phương pháp này liên quan đến sự quay cơ học và tương tác giữa các hạt. Điều này tạo ra áp suất nghiền cơ học và lực cắt. Nó nghiền các vật liệu silicon lớn hơn thành bột có kích thước nano. Quy trình này thường sử dụng nghiền cát ướt kết hợp với sấy phun. Các chất trợ nghiền được thêm vào trong quá trình nghiền. Các quy trình xử lý sau nghiền cũng được yêu cầu. Các hạt nano silicon thu được có kích thước khoảng 100 nm. Kích thước này có thể được giảm xuống còn 75-80 nm. Các chuyên gia trong ngành tin rằng, trước khi giai đoạn tăng thể tích vật liệu anode silicon-carbon đến, việc tối ưu hóa chuỗi quy trình và thiết bị trong quy trình nghiền bi sẽ là chìa khóa. Điều này sẽ giúp đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất sản phẩm và chi phí.
Phương pháp lắng đọng hơi hóa học
Lắng đọng hơi hóa học (CVD) sử dụng silan (SiH4) làm vật liệu phản ứng. Nó được sử dụng để sản xuất bột nano-silicon. Tùy thuộc vào nguồn năng lượng được sử dụng để nhiệt phân SiH4, CVD có thể được chia thành lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD), lắng đọng hơi hóa học cảm ứng laser (LICVD) và lò phản ứng tầng sôi (FBR). Trong số đó, PECVD và LICVD là những công nghệ sản xuất bột nano-silicon công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất.
Phương pháp ngưng tụ bay hơi plasma
Phương pháp này đã được sử dụng trong thập kỷ qua để sản xuất bột có độ tinh khiết cao, siêu mịn, hình cầu và giá trị gia tăng cao. Đây là một phương pháp an toàn và hiệu quả. Nguồn nhiệt plasma được sử dụng để hóa hơi nguyên liệu thô thành các nguyên tử, phân tử khí hoặc các ion bị ion hóa một phần. Sau đó, chúng được ngưng tụ nhanh chóng thành bột rắn. Phương pháp này phù hợp để chế tạo nhiều loại vật liệu nano kim loại. Nó cũng lý tưởng cho các vật liệu nano cacbua và nitrit. Bột nano-silicon được sản xuất bằng phương pháp này có độ tinh khiết cao, kích thước hạt có thể kiểm soát và hiệu suất sản xuất cao. Đây là công nghệ chủ đạo được các nhà sản xuất nước ngoài hàng đầu sử dụng. Tuy nhiên, việc giới thiệu công nghệ này tại Trung Quốc tương đối muộn. Nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn đang trong giai đoạn đầu. Vẫn còn nhiều thách thức trong các lĩnh vực như nghiên cứu lý thuyết cơ bản và nghiên cứu hiệu suất hạt nano. Các vấn đề liên quan đến năng suất và tốc độ sản xuất cũng vẫn còn tồn tại. Việc sản xuất bột nano-silicon hiệu suất cao vẫn chưa được kiểm soát hoàn toàn độc lập tại Trung Quốc.
Vật liệu anode gốc silicon
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của pin lithium đã tập trung vào vật liệu anode silicon. Vật liệu anode silicon là một thành phần thiết yếu cho pin lithium mật độ năng lượng cao thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, silicon bị giãn nở thể tích đáng kể trong quá trình liti hóa. Sự giãn nở này đòi hỏi phải tối ưu hóa vật liệu hoạt tính để duy trì các quá trình hợp kim hóa và khử hợp kim thuận nghịch. Việc tối ưu hóa này ngăn ngừa sự phân mảnh hoặc thoái hóa của vật liệu hoạt tính. Do đó, anode silicon cấu trúc nano có thể đạt được sự ổn định hiệu suất lâu dài. Điều này trái ngược với anode silicon kích thước micron thông thường.
Trường pin quang điện
Nano-silicon được sử dụng trong sản xuất pin quang điện màng mỏng silicon thế hệ thứ hai. Cụ thể, nó được sử dụng trong pin màng mỏng silicon vi tinh thể. Công nghệ pin màng mỏng silicon nano có những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ silicon thế hệ thứ hai khác. Tuy nhiên, việc chế tạo nano-silicon và ứng dụng của nó trong pin quang điện vẫn còn chưa hoàn thiện. Pin quang điện thế hệ thứ hai có thị phần tương đối thấp và chưa phải là công nghệ chủ đạo.
Silic nano tinh thể có độ tinh khiết cao được sử dụng để sản xuất keo dán điện tử silicon. Keo dán này được phủ lên bề mặt đế pin mặt trời, giúp tăng cường hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời silicon. Đây đã trở thành một hướng đi quan trọng trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời.
Trường chiếu sáng
Bằng cách kiểm soát đường kính của các hạt nano-silicon, có thể đạt được khả năng phát xạ toàn phổ từ ánh sáng xanh sang đỏ. Ngoài ra, có thể hỗ trợ phát quang điện tử điều khiển bằng điện.
Lĩnh vực Y sinh học
Nhờ độc tính thấp và khả năng tương thích sinh học, vật liệu sinh học gốc silicon từ lâu đã đóng một vai trò không thể thiếu trong y sinh học. Từ năm 2001, các hạt nano silicon xốp trung bình đã được sử dụng một cách khéo léo làm chất mang thuốc. Vật liệu nano gốc silicon không chiều đã được phát triển rộng rãi trong các ứng dụng y sinh. Ví dụ, các chấm lượng tử silicon với khả năng tương thích sinh học tốt đã được phát triển như các đầu dò hình ảnh sinh học mới. Điều này được lấy cảm hứng từ các đặc tính phát quang của chấm lượng tử bán dẫn gây ra bởi hiệu ứng giam cầm lượng tử.
Các ứng dụng khác
Ngoài các ứng dụng đã đề cập ở trên, nano-silicon còn được sử dụng để chế tạo bộ chỉnh lưu công suất cao, transistor công suất cao, diode, thiết bị chuyển mạch, linh kiện bán dẫn rời rạc, thiết bị công suất, mạch tích hợp và đế epitaxy. Nó cũng được sử dụng làm nguyên liệu thô cho lớp phủ chịu nhiệt độ cao và vật liệu chịu lửa, chống ăn mòn và chống tĩnh điện. Khi trộn nano-silicon với kim cương dưới áp suất cao, tạo thành vật liệu composite silicon carbide-kim cương. Vật liệu này được sử dụng làm dụng cụ cắt. Ngoài ra, nano-silicon còn được sử dụng để chế tạo gang đúc hàm lượng silicon cao, thép silicon và nhiều hợp chất organosilicon khác.
Bột Epic
Các giải pháp nghiền tiên tiến của Epic Powder luôn dẫn đầu quy trình sản xuất nano-silicon. Bằng cách tích hợp các thiết bị hiệu suất cao như máy nghiền bi và máy phân loại khí, Epic Powder đảm bảo độ chính xác cần thiết để sản xuất nano-silicon với độ phân bố kích thước hạt và độ tinh khiết tối ưu. Cho dù được sử dụng trong anode pin lithium tiên tiến, pin quang điện hay các ứng dụng y sinh, thiết bị nghiền tùy chỉnh của Epic Powder có thể giúp tối đa hóa hiệu quả sản xuất đồng thời giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng. Thông qua nghiên cứu và phát triển liên tục, Epic Powder đóng góp vào sự phát triển toàn cầu của các ứng dụng nano-silicon. Công ty cung cấp hỗ trợ thiết yếu để đạt được hiệu suất tốt nhất với mức giá tiết kiệm chi phí.