CN101979317B - 纳米晶硅粉的低温球磨制备方法 - Google Patents
纳米晶硅粉的低温球磨制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101979317B CN101979317B CN201010501066A CN201010501066A CN101979317B CN 101979317 B CN101979317 B CN 101979317B CN 201010501066 A CN201010501066 A CN 201010501066A CN 201010501066 A CN201010501066 A CN 201010501066A CN 101979317 B CN101979317 B CN 101979317B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ball
- silica flour
- ball milling
- preparation
- nanocrystalline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本发明涉及一种高纯、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉的低温球磨制备方法,即:以市售高纯硅粉(纯度:>99.9,粒度:50~500目)作为初始原料,采用液氮或者液氩作为球磨介质,不锈钢球作为研磨介质,通过低温球磨,精确控制球磨时间为1~48小时,球磨转速为100~1000转/分钟,球料质量比为10:1~100:1,即可得到一种物相单一、高纯、晶粒尺寸范围为10~100nm、表面钝化的纳米晶硅粉。本发明工艺简单,成本低廉,可重复性好,而且所制备的纳米晶硅粉具有纯度高、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化等优异性能,可广泛应用于光电子信息和纳米技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及纳米晶硅粉的方法,属于纳米材料制备技术领域。可应用于光电子信息和纳米技术等领域。
背景技术
近年来,硅基低维纳米材料在光电子器件应用领域取得了突飞猛进地发展,并已成功应用于非易失存储器和太阳能电池。纳米晶硅粉,作为新一代光电半导体和高功率光源材料的主要原料,具有较宽的禁带宽度(~1.65eV)和优良的物理、化学性能,如量子尺寸效应、量子隧道效应,特殊的光、电特性与高磁阻现象,非线性光学效应,可吸附色素离子、降低色素衰减,且其作为添加剂使用时可提高材料的强度、弹性、抗老化性和耐化学腐蚀性。为了将纳米晶硅粉制备成高性能光电子器件,研制高纯、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉,具有非常重要的意义。
目前,制备纳米晶硅粉的方法主要包括真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法、气相沉积法、水热合成法、微乳液法和溶胶凝胶法等。
上述方法制备出的原料大都存在以下的不足或缺陷:
(1)由于纳米硅粉表面原子处于高度活化状态,使其具有较高的表面能,所以一般方法制得的纳米晶硅粉极易与空气中的氧气发生反应,具有较差的抗氧化性;
(2)采用真空冷凝法、水热合成法等虽然能够获得晶粒尺寸可控的纳米晶硅粉,但这些方法对设备、工艺要求较高,无法进行较大规模的工业化生产,且制备成本较高;
(3)采用物理粉碎法、普通机械球磨法等虽然设备、工艺简单,但所获得的产品纯度较低且晶粒尺寸分布不均匀;
(4)采用化学法制备工艺在生产过程中会产生有害气体,易对人体和环境造成污染。因此,迫切需要寻找一种设备、工艺简单,成本低廉,适合工业化生产,且可以制备高纯度、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉的新方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种比较简易的方法,采用低温球磨技术制备高纯、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
本发明提供的纳米晶硅粉的低温球磨制备方法,具体是采用包括以下步骤的方法:
(1)将不锈钢磨球和原始硅粉按照球料质量比为10:1~100:1加入到球磨罐中;
(2)向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉以及不锈钢磨球全部浸没在液氮中,温度为-140℃以下,并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定;
(3)恒温30分钟后开始球磨,球磨1~48小时;
(4)球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置12~24小时;
经过上述步骤,得到晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉。
所述原始硅粉可以采用市售高纯硅粉,其纯度为>99.9,粒度为50~500目。
所述不锈钢磨球的直径寸可以为5~15mm。
上述步骤(2)中可以将液氮用液氩替换。
本发明可以采用转速为100~1000转/分钟的立式球磨机。
本发明制备出的纳米晶硅粉的晶粒尺寸为10~100nm。
本发明利用控制球磨工艺参数(球料质量比、球磨时间、球磨转速)制得高纯、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉。由于高能球磨过程中,通过控制转速,可获得较小的纳米晶尺寸;而使用液氮或液氩作为球磨介质,低温有效降低了纳米晶硅粉的表面能,有助于晶粒细化,同时,通过化学作用在纳米晶硅粉的表面形成硅氮键或硅氩键壳层,可有效防止纳米晶硅粉的常温氧化,显著提高了纳米晶硅粉的抗氧化性。
本发明与现有技术相比还具有以下的优点:
(1)设备、工艺简单,操作方便,可应用于工业化规模连续生产;
(2)制备的纳米晶硅粉的晶粒尺寸均匀可控、表面钝化能力强,可适用于生产不同规格的产品;该产品可广泛应用于光电子信息和纳米技术等领域。
(3)无环境污染,能耗低,成本低廉。
附图说明
图1是实施例1、实施例2和实施例3产物的XRD图片。
图2是实施例4产物的TEM图片。
图3是实施例5产物与原料硅粉的傅里叶红外吸收光谱对比图。
具体实施方式
本发明涉及一种高纯、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉的低温球磨制备方法,即:以市售高纯硅粉(纯度:>99.9,粒度:50~500目)作为初始原料,采用液氮或者液氩作为球磨介质,不锈钢球作为研磨介质,通过低温球磨,精确控制球磨时间为1~48小时,球磨转速为100~1000转/分钟,球料质量比为10:1~100:1,即可得到一种物相单一、高纯、晶粒尺寸范围为10~100nm、表面钝化的纳米晶硅粉。本发明工艺简单,成本低廉,可重复性好,而且所制备的纳米晶硅粉具有纯度高、晶粒尺寸均匀可控、表面钝化等优异性能,可广泛应用于光电子信息和纳米技术领域。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1:
将直径为5mm的不锈钢磨球与粒度为200目的原始硅粉按球料质量比32:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间6h和球磨转速250转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置12小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为95nm。由图1可看出,球磨之后本实施例产物为纳米晶硅,且晶粒尺寸随球磨时间的延长显著降低。
实施例2:
将直径为5mm的不锈钢磨球与粒度为200目的原始硅粉按球料质量比32:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间12h和球磨转速250转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置12小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为40nm。由图1可看出,球磨之后本实施例产物为纳米晶硅,且晶粒尺寸随球磨时间的延长显著降低。
实施例3:
将直径为5mm的不锈钢磨球与粒度为200目的原始硅粉按球料质量比32:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间24h和球磨转速250转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置12小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为25nm。由图1可看出,球磨之后本实施例产物为纳米晶硅,且晶粒尺寸随球磨时间的延长显著降低。
实施例4:
将直径为5mm的不锈钢磨球与粒度为300目的原始硅粉按球料质量比32:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间5h和球磨转速600转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置24小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为30nm。由图2可看出本实施例制得的纳米晶硅粉的尺寸为30nm。
实施例5:
将直径为10mm的不锈钢磨球与粒度为300目的原始硅粉按球料质量比32:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间5h和球磨转速300转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置24小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为76nm。由图3可看出本实施例制备的纳米晶硅粉表面形成硅氮键。
实施例6:
将直径为15mm的不锈钢磨球与粒度为500目的原始硅粉按球料质量比100:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间48h和球磨转速1000转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置24小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为10nm。
实施例7:
将直径为5mm的不锈钢磨球与粒度为50目的原始硅粉按球料质量比10:1加入球磨罐中,向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉和不锈钢磨球全部浸没在液氮中,并保持液面稳定;恒温30分钟开始球磨,控制球磨时间4h和球磨转速100转/分钟;球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置24小时,收集制得的纳米晶硅粉,其平均晶粒尺寸为100nm。
上述实施例中,可以将液氮用液氩替换。
Claims (6)
1.一种纳米晶硅粉的制备方法,其特征是一种纳米晶硅粉的低温球磨制备方法,该方法采用包括以下步骤的方法:
(1)将不锈钢磨球和原始硅粉按照球料质量比为10:1~100:1加入到球磨罐中;
(2)向球磨罐中通入液氮,使原始硅粉以及不锈钢磨球全部浸没在液氮中,温度为-140℃以下,并保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定;
(3)恒温30分钟后开始球磨,球磨1~48小时;
(4)球磨完毕,将球磨罐转移至真空手套箱中,放置12~24小时;
经过上述步骤,得到晶粒尺寸均匀可控、表面钝化的纳米晶硅粉。
2.根据权利要求1所述的纳米晶硅粉的制备方法,其特征在于:所述原始硅粉的纯度为>99.9,粒度为50~500目。
3.根据权利要求1所述的纳米晶硅粉的制备方法,其特征在于:所述不锈钢磨球的直径寸为5~15mm。
4.根据权利要求1所述的纳米晶硅粉的制备方法,其特征在于:将液氮用液氩替换。
5.根据权利要求1所述的纳米晶硅粉的制备方法,其特征在于:采用转速为100~1000转/分钟的立式球磨机。
6.根据权利要求1所述的纳米晶硅粉的制备方法,其特征在于:制备出的纳米晶硅粉的晶粒尺寸为10~100nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010501066A CN101979317B (zh) | 2010-10-09 | 2010-10-09 | 纳米晶硅粉的低温球磨制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010501066A CN101979317B (zh) | 2010-10-09 | 2010-10-09 | 纳米晶硅粉的低温球磨制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101979317A CN101979317A (zh) | 2011-02-23 |
CN101979317B true CN101979317B (zh) | 2012-09-05 |
Family
ID=43599869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201010501066A Expired - Fee Related CN101979317B (zh) | 2010-10-09 | 2010-10-09 | 纳米晶硅粉的低温球磨制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101979317B (zh) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102328919A (zh) * | 2011-07-06 | 2012-01-25 | 武汉理工大学 | 尺度可控的氮化硅纳米线短波长发光材料的制备方法 |
CN102910630B (zh) * | 2012-10-15 | 2014-07-02 | 江苏博迁新材料有限公司 | 纳米硅粉的生产方法 |
CN103041896A (zh) * | 2012-12-28 | 2013-04-17 | 武汉理工大学 | 氧化锡锑纳米粉体的低温球磨制备方法 |
CN103464773B (zh) * | 2013-09-02 | 2016-02-24 | 江苏博迁新材料有限公司 | 一种纳米级钽粉的生产方法 |
CN103553003A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-05 | 武汉理工大学 | 一种掺杂镧/钇氮化硅纳米线的制备方法 |
CN104143629A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-11-12 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | 一种Si/C/石墨复合负极材料制备方法 |
CN104275489A (zh) * | 2014-09-18 | 2015-01-14 | 株洲科能新材料有限责任公司 | 一种液氮球磨制备超细铋粉的方法 |
CN105712350A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 顺德职业技术学院 | 纳米硅材料的制备方法 |
CN105655569A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-06-08 | 四川创能新能源材料有限公司 | 一种超细纳米级硅粉的制备方法 |
CN110583261B (zh) * | 2019-10-12 | 2022-03-25 | 西南科技大学 | 一种利用生物肥料种植慈竹的方法 |
CN110622715B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-03-25 | 西南科技大学 | 利用缓释生物肥料提高慈竹纤维素含量的慈竹种植方法 |
CN111012809A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-17 | 四川辉氏生物技术有限公司 | 大通草提取物的制备方法及含大通草提取物的药物组合物 |
CN112456516B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-10-21 | 沈阳航空航天大学 | 低温行星球磨NaCl颗粒及其制法和多孔柔性传感器 |
CN115213411B (zh) * | 2022-07-26 | 2024-02-27 | 先导薄膜材料(广东)有限公司 | 一种低氧、均匀铬硅靶材及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101049933A (zh) * | 2007-05-11 | 2007-10-10 | 王华彬 | 一种镁化物水解法制备金属和非金属纳米颗粒的方法 |
CN101445882A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-06-03 | 西安交通大学 | 一种高硅含量的铝/硅合金的制备方法 |
-
2010
- 2010-10-09 CN CN201010501066A patent/CN101979317B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101049933A (zh) * | 2007-05-11 | 2007-10-10 | 王华彬 | 一种镁化物水解法制备金属和非金属纳米颗粒的方法 |
CN101445882A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-06-03 | 西安交通大学 | 一种高硅含量的铝/硅合金的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101979317A (zh) | 2011-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101979317B (zh) | 纳米晶硅粉的低温球磨制备方法 | |
Azam et al. | Formation and characterization of ZnO nanopowder synthesized by sol–gel method | |
Duan et al. | Synthesis and characterization of morphology-controllable BiFeO3 particles with efficient photocatalytic activity | |
CN102642867B (zh) | 一种纳米Ti4O7粉末的制备方法 | |
CN106542586B (zh) | 一种钨酸钴纳米棒的制备方法 | |
Salek et al. | Room temperature inorganic polycondensation of oxide (Cu2O and ZnO) nanoparticles and thin films preparation by the dip-coating technique | |
CN103041896A (zh) | 氧化锡锑纳米粉体的低温球磨制备方法 | |
CN110540239A (zh) | 一种Bi纳米颗粒与表面缺陷共修饰的BiOCl纳米片的超快速制备方法 | |
CN110104652A (zh) | 一种纳米硅粉的球磨制备方法 | |
Wang et al. | Hydrothermal synthesis of phosphate-mediated ZnO nanosheets | |
Shkir | Noticeable impact of Er doping on structural, vibrational, optical, dielectric and electrical parameters of flash combustion synthesized NiO NPs for optoelectronic applications | |
CN103601235B (zh) | 一种机械化学法合成纳米SrTiO3粉体方法 | |
Sakthiraj et al. | Influence of Ti addition on the room temperature ferromagnetism of tin oxide (SnO2) nanocrystal | |
Liu et al. | Ultrafast one-step synthesis of N and Ti 3+ codoped TiO 2 nanosheets via energetic material deflagration | |
Echresh et al. | Synthesis of Al-doping ZnO nanoparticles via mechanochemical method and investigation of their structural and optical properties | |
Gong et al. | A preliminary study on the preparation of nanostructured Ti-doped Li4SiO4 pebbles by two-step sintering process | |
Sheng et al. | Effect of graphene-doping and vacuum-annealing on the structure and properties of In: ZnO thin films | |
CN101734711A (zh) | 一种微波固相反应合成纳米氧化锌粉体的方法 | |
Kannadasan et al. | Optical and electrochemical characteristics of Pb ions doped ZnO nanocrystals | |
CN105880585A (zh) | 一种纳米晶钨和纳米晶钨基粉末的制备方法 | |
Xu et al. | A novel aqueous co-precipitation process to prepare indium tin oxide nanopowders | |
Jin et al. | Shape-controlled synthesis and related growth mechanism of Pb (OH) 2 nanorods by solution-phase reaction | |
Qiao et al. | Preparation and particle size characterization of Cu nanoparticles prepared by anodic arc plasma | |
CN102358950A (zh) | 一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法 | |
Rashidzadeh | Antibacterial properties Of CdO nano-cubes synthesized via microwave method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120905 Termination date: 20131009 |