CN105647467A - 含硅颗粒用于保护工业材料免受uv辐射的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含硅颗粒用于保护工业材料，如电光层或电光部件免受UV范围内和任选可见光至IR范围内的电磁辐射的用途，其中该颗粒呈现具有1至100纳米粒度的一次颗粒的形式并可任选呈现一次颗粒簇的形式。根据本发明的用途的一个特定优点是通过粒度和粒度分布以指定的方式使电磁辐射的吸收与相关的待吸收波长区匹配的可能性。该含硅颗粒可用作工业用途中和作为配制品用于工业用途的组合物中，优选如涂料组合物，如漆料中的生物相容和生物可降解的UV保护。

Description

含硅颗粒用于保护工业材料免受UV辐射的用途
本发明涉及含硅颗粒用于保护工业材料，如电光层或电光部件免受UV范围内和任选可见光至IR范围内的电磁辐射的用途，其中所述颗粒可作为具有1至100纳米粒度的一次颗粒存在并可任选作为一次颗粒的团簇存在。根据本发明的用途的一个特别的优点在于通过粒度和粒度分布以给定的方式使电磁辐射的吸收与感兴趣的待吸收波长区相匹配的可能性。该含硅颗粒可在工业应用和作为配制品用于工业应用的组合物中，如优选涂料组合物，如漆中作为生物相容和生物可降解的UV保护。
硅烷，尤其是高纯硅烷，在许多应用领域，如半导体工业、建筑工业、化妆品工业或光波导工业中构成重要的产品类别。
在电子学或光学或电光学领域中的应用对这些物质的纯度提出高要求，尤其与其光学性质有关，如在UV辐射区中的吸收特性和在可见光谱区中的光学密度（折光指数，n）。
在电光学和涂料领域中，在此尤其在UV光谱区中，具有例如在TiO2的情况中光催化作用的性质的晶体污染证实是特别不利的。这种光催化效应，即使在较低%范围内也会在涂料用途中极为妨害并极大限制其寿命。此外，以高折光指数为特征的材料几乎不可得并且昂贵。
因此需要具有极佳UV保护性质并同时优选具有高光学密度或折光指数的其它UV过滤剂。估计可以借助这种UV过滤剂通过用该UV过滤剂掺杂调节电光学体系的性质状况。
因此，目的在于制造光学相容材料，所述材料一方面具有优异的UV保护性质，另一方面具有高光学密度（以物理参数折光指数表示）的，以致该电光学体系可以通过这种材料的含量或用这种材料掺杂简单地在宽范围内调节其性质状况。
完全令人惊讶和出乎意料地现在已经发现，所述目的通过在强红外场中或在一个优选的备选方案中在气体放电中工业处理硅烷质量流得以实现。例如，将所述硅烷质量流，其优选含有SiH4，送入等离子体放电装置中并在那里在例如高压脉冲放电中反应。
该新型方法能够通过该质量流的特定处理调节粒度分布。然后通过粒度、附聚体的团簇参数和粒度分布进行表征。优选参考颗粒堆积密度（空间填充）计算团簇参数。为此，以一级近似作为球体测量一次颗粒并在晶胞中计数。本领域技术人员已知的立方体心结构每个晶胞含有(1 + 8·⅛ = 2)个化学式单元；立方面心晶胞含有(6·½ + 8·⅛ = 4)个化学式单元并因此具有更大的堆积密度。为了测定空间填充率采取如下措施（所有球体在尺寸上相同）：
立方晶胞的边长为a；该晶胞的体积各自为V = a³。在体心结构（SCC）的情况中，球体半径正好是空间对角线的¼，在面心结构（FCC）的情况中，正好是面对角线的¼。由此得出68% SCC和74% FCC作为空间填充率。在简单立方簇的情况中，空间填充率小于50%。由这些数据可以借助本领域技术人员已知的作为赫兹偶极子的天线孔径，例如由侧向尺寸作为波长的函数确定吸收。对于较不对称的颗粒几何，随之出现相应的空间依赖性。除电物理性质以外，粒度分布直接影响颗粒群（Partikelkollektive）在UV-vis范围内的光谱吸收性质。
根据本发明，衰减不想要的UV光谱区，同时可见光透射度更高。这意味着用所提及的团簇/聚集体特别有针对性地衰减400纳米至200纳米的短波长区。在这种情况中，该电物理材料性质（相对介电常数、相对渗透常数）导致高频领域技术人员已知的“天线的几何长度缩短”，这带来几何上较小的一次颗粒及其团簇例如在UV目标范围内的活性吸收特性。该新型方法如下处理该质量流，即其可通过粒度分布来表征，经由该粒度分布可调节UV范围内和可见光范围内和任选IR范围内的光谱吸收性质。关于气体放电处理的作用，本发明人认为有如下的对动力学的促进：即等离子体化学非晶硅，即无定形硅，其选择性地和优选为小于70纳米的硅颗粒，在大约25纳米的平均（mittleren）粒度时形成，其表现出根据本发明在UV-A至UV-B，优选至UV-C内的高吸收（UV-C: 100-280 nm，UV-B: 280至315 nm，UV-A: 315至380 nm）。取决于平均（mittleren）一次粒径，可以增强与在UV-A范围内的吸收相比在UV-C和UV-B范围内的吸收。此外，取决于平均一次粒径，可以增强与在可见光范围内的吸收相比在UV-C、UV-B和UV-A范围内的吸收。
在本发明的方法中，该质量流可经过简单后处理供使用，如过滤，借此优选取出纯产物。对除单硅烷外还含有H2的所得残留气体施以分离，并且在此可以送回所得单硅烷。关于气体放电和等离子体化学的已知原理，参考相关专业文献，例如参考A.T. Bell, "Fundamentals of Plasma Chemistry", 编辑 J.R. Hollahan 和 A.T. Bell, Wiley, New York (1974)。
所述目的同样可以以令人惊讶的方式通过在热工艺中和/或在等离子体工艺中任选用含C或N或Ge的物质转化单硅烷或更高级的H-硅烷（如式MeHn或Me2H2n-2的那些，其中Me是硅且n是整数）、卤代硅烷、更高级的卤代硅烷或烷氧基硅烷来转化含硅颗粒得以实现。更高级的H-硅烷或氯硅烷也被称作聚硅烷或聚氯硅。该更高级的H-硅烷或更高级的氯硅烷在其转化前转化成气相。卤素可选自氟、氯、溴和碘，优选氯。
根据本发明，所述目的同样可以通过含硅颗粒，尤其是无定形颗粒，尤其是含有纯硅的非晶颗粒的本发明的用途，通过使用该颗粒保护工业材料免受10至2500纳米，尤其至1500纳米波长范围内的电磁辐射得以实现。优选的工业材料包括工业表面或工业部件，特别优选电光层、电光部件、电子层、电子部件、工业玻璃、光学玻璃、胶带和本领域技术人员常用的其它材料和部件等。根据本发明，可以在本体中和/或作为表面涂层实施该用途。
本发明因此还提供该含硅颗粒用于在本体中和/或借助涂层保护，如UV保护工业材料、表面、部件、电光层、电光部件免受电磁辐射，和/或用作涂层的用途。
更特别地，该颗粒用于防止备UV辐射分解、破坏或用于提高材料的光学密度。
特别优选使用基本为无定形颗粒的含硅颗粒。无定形颗粒被认为是具有小于等于2%的结晶度的那些。
优选的纯的含硅颗粒，尤其是一次颗粒，其优选呈团簇存在，具有基于含硅颗粒的总组成计大于等于90重量%至100重量%的硅含量；特别地，该硅含量大于等于55重量%，该硅含量优选大于80重量%、95重量%、95重量%、98重量%、99重量%、99.5重量%、99.99重量%、99.999重量%至100.0重量%，且该颗粒任选由碳和/或氧含量补充硅含量至100重量%，其中该颗粒优选基本上无定形。
取决于一次粒径，氧含量小于50重量%，优选小于30重量%，特别优选小于10重量%。根据本发明，该含量取决于表面积/体积比。
特别优选使用基本无定形的并由硅、碳化硅、氮化硅（Si3N4）、SiC-Si、SiGe、SiGe:C或这些的混合物构成的含硅颗粒，任选具有氧含量，如Si-O和可能的掺杂剂，例如作为自由基清除剂的硒。
本发明还提供该含硅颗粒用于吸收在大于等于10纳米至1100纳米波长范围内，尤其在10纳米至450纳米波长范围内的电磁辐射的用途。优选使用该含硅颗粒作为UV保护，优选作为在180至400纳米，特别优选200至380或至400纳米波长范围内的UV保护。该含硅颗粒同样优选还可防护在超紫外波长范围，如10至100纳米或至120纳米内、在200至280纳米的远紫外范围内、在280至315纳米的中紫外范围内和/或在315至380纳米的近紫外范围内的电磁辐射，并根据一次颗粒的粒度，在400至750纳米的可见光范围内和任选在高于750纳米至大约1500纳米的IR范围内的电磁辐射。可以通过各平均一次粒径的含量有针对性地设定在上述范围内的指定吸收。
此外，可以优选使用其硅含量大于等于40重量%至100重量%并包含60重量%至0重量%的氮、碳和/或CAS IIIA或VA族元素，优选硼、铝、磷、砷、硒和/或锑和任选氧的含量的含硅颗粒，其中该一次粒径为1至500纳米，该一次粒径优选为1至80纳米，更优选1至70纳米。
已经表明，也可以通过制造方法在一次粒径分布和/或团簇形成方面和任选通过碳、氮、锗或其它硅烷的添加直接调节该无定形颗粒的光谱性质。
因此可以通过包含一次颗粒和一次颗粒团簇的含硅颗粒的粒度直接调节吸收。令人惊讶地，具有5至80纳米的一次粒径和大约20、25、30、35和40纳米的不同平均粒度d50的颗粒在UV和可见光范围中具有明显不同的吸收。具有平均25至30纳米的一次颗粒粒度，尤其具有10至50纳米的d90的硅颗粒在UV区中的吸收比在可见光区中明显更强，而具有平均35至40纳米的一次颗粒粒度，尤其具有10至70纳米，优选10至50纳米的d90的颗粒在UV/vis范围内以可比较的强度吸收（图1b）。
本发明还提供具有选自下列的粒度的含硅颗粒的用途：a) 具有中值（im Mittel）d50 = 1纳米至200纳米的平均一次粒径，其尤其具有5至100纳米的平均一次粒径，和/或b) 中值d50 = 1至10纳米的平均一次粒径，和/或c) 中值d50 = 16至40纳米的平均一次粒径，和包含a、b和/或c的混合物。可以通过各平均一次粒径的含量具体调节该混合物的光学性质。
该无定形含硅颗粒优选具有根据实施例TEM P6的平均一次粒径：20纳米、25纳米、30纳米或40纳米，在每种情况中独立地具有+/- 10纳米，尤其是+/- 5纳米的d90低分散度。
该一次颗粒团簇的尺寸可以为30至400纳米，其中该团簇具有例如150纳米+/-50纳米或50至100纳米的常见尺寸。
具有平均一次粒径为10至30纳米，如优选大约d50 = 13.2纳米和优选d20 = 7.2纳米和d90 = 23.5纳米的一次颗粒的本发明的含硅颗粒具有在180至1000纳米波长范围内小于40%的透射度（吸收大于等于0.6），尤其是在180至700纳米下小于等于20%的透射度（吸收大于等于0.8），优选此外在180至475纳米小于5%的透射度（吸收大于0.95），其中该一次颗粒优选形成平均团簇尺寸大于等于50纳米的团簇并且是无定形的。
具有平均一次粒径为35至40纳米的一次颗粒的另一种本发明的含硅颗粒具有在180至400纳米波长范围内小于40%的透射度（吸收大于等于0.6），尤其是在180至350下小于等于0%的透射度（吸收大于等于1.0），优选此外在180至300纳米小于等于0%的透射度（吸收大于1.2），该一次颗粒优选形成具有30至400纳米，尤其是大约150纳米+/-50纳米的平均团簇尺寸的团簇并且是无定形的。例如，图4显示团簇的粒度分布，图5显示参考样品和具有不同一次粒径和不同团簇尺寸的Si的UV/vis吸收特性。
本发明还提供具有40重量%至100重量%的硅并由氮、碳和任选氧的含量补充至100重量%（即含有60重量%至0重量%）的含硅颗粒的用途。该含SiC的颗粒优选是透明的。根据一个备选方案，该颗粒具有60重量%至100重量%的硅并由碳和任选氧的含量补充至100重量%。这些颗粒优选是透明的。特别地，该硅颗粒包含最多40至50摩尔%的硅和40至50摩尔%的碳和任选另外氧的含量。特别优选的是具有任选小于10摩尔%的Si-O含量的SiC颗粒。根据另一备选方案，该颗粒具有35重量%至50重量%的硅并由氮和任选氧的含量补充至100重量%，即含有50重量%至65重量%。优选的是在涂层中优选在可见光区中透明的氮化硅颗粒。特别地，该硅颗粒包含最多40重量%的硅并由氮和任选氧的含量补充至100重量%，特别优选的是任选具有Si-O含量的Si3N4颗粒。
优选地，该含硅颗粒的总组成中或各个单独的颗粒中的硅含量大于等于70重量%至99.9999重量%，尤其是80重量%至99.9999重量%，优选90重量%至接近100重量%，特别优选95重量%至接近100重量%，特别优选大于等于98.5重量%的硅和任选另外至少碳和/或氧。
同样可以使用基本由上述一次粒径的无定形纯的硅颗粒或无定形纯的碳化硅、氮化硅和/或硅-锗颗粒或这些的混合物构成的含硅颗粒。
本发明提供用于制备包含一次颗粒和任选一次颗粒团簇的含硅颗粒的大规模工业方法，优选连续方法。
该反应，尤其包含颗粒和团簇的分解和形成，可以在自150℃起，优选自400起至1500℃的温度下进行，以制造无定形粉末。为了制造无定形颗粒，选择短的接触时间，优选在低于1300℃的温度下。或者，可以在大约1300℃，优选小于等于1100℃的温度下进行无定形一次颗粒的形成。在反应器的较冷区域中沉积颗粒。优选接触时间为10至600毫秒。
在本发明范围内，术语“接触时间”和“停留时间”被理解为相同含义。
例如，基于SiCl4的转化的常规传统方法需要30 kW/kg或更高。本发明的方法优选基于具有小于10 kW/kg，特别优选大约5 kW/kg的能量需求的单硅烷反应。此外，对于在（冷）等离子体中的转化，能量需求进一步降至小于4 kW/kg。
特别优选的是这样的含硅颗粒，在其中少于40%的颗粒偏离该平均粒度d50且少于25%偏离平均粒度d50大于等于50%。
还优选的是其一次颗粒具有5至80纳米，优选20至50纳米的平均直径d50（通过TEM评估测得；TEM = 透射电子显微术）并优选作为生长在一起的团簇存在的含硅颗粒。该团簇也可被称作附聚体，在本情况中团簇被理解为是指生长在一起和熔合在一起的一次颗粒。例如，该一次颗粒可形成团簇，其中至少两个一次颗粒在它们的表面熔合在一起。这些团簇可作为直链、线的形式或在三维空间中支化存在。
该颗粒是球形还是呈须状形成尤其取决于制备时的H2浓度。根据温度分布、纯度（气流中的金属元素，例如硒(Se)的存在）、稀释气体（浓度、流速）、生产条件，可以分离一次颗粒或主要获得附聚成团簇的一次颗粒。例如，在稀释工艺方案的情况中，可以主要分离一次颗粒，在优选变体中，在高工艺气体浓度和/或高温，例如大约1500℃的情况中，可以分离并生的团簇。
本发明还提供一次颗粒的团簇用于防电磁辐射的用途。除UV-VIS-IR区外，这还包括邻接的太赫兹和高频和超高频区和无线电波至长波（> 100赫兹）的范围。
根据另一备选方案，该含硅颗粒优选包含基本上为球形的一次颗粒。被定义为互相成90°角的直径的直径的纵横比的平均球度优选小于等于1.6，优选小于等于1.4至大于等于0.9，优选0.95至1.2。接近球形的纵横比能建立UV吸收与一次粒径的理想的相关性和好的可均化性。
此外，该含硅颗粒可包含一次颗粒和一次颗粒的团簇；该团簇特别具有10纳米至3微米，优选100纳米至3微米，更优选1微米至6微米的尺寸。优选的含硅颗粒包含大于等于99.9999重量%硅的硅(Si)或任选SiC、SiGe、SiN化合物。任选地，这些SiC、SiGe、SiN化合物具有这些化合物元素的相应含量。硅含量优选大于等于94.99重量%，特别优选大于等于97.999重量%。同样优选的是包含硅-氮-、硅-碳-和/或硅-锗-化合物，如氮化硅、碳化硅、在硅基质中的碳化硅的颗粒。该硅-氮-、硅-锗-、硅-碳-化合物也可能以微粒形式存在于基本为纯硅的基质中。该含硅颗粒优选在基本没有任何外部基质或涂层（其还可能包括钝化的氧化物层）的情况下存在。根据一个备选方案，该含硅颗粒具有通常1纳米的二氧化硅区（核-壳）。优选地和在理想情况中，该区域包含在表面上的单层。
当含硅颗粒是高纯度，尤其是超高纯度时，根据本发明特别优选。当在整个组合物中存在具有大于等于99.99重量%的含量，优选具有大于等于99.999重量%的含量的硅时，该颗粒被认为具有高纯度。超高纯含硅颗粒被认为是在整个组合物中具有大于等于99.9999重量%硅含量的那些。在这种情况中不考虑二氧化硅核-壳。
借助本领域技术人员已知的样品分解方法，例如通过在ICP-MS中检测（用于测定痕量杂质的分析），测定各反应物和工艺产物中的杂质。
在本发明的颗粒中，一次颗粒和任选团簇，根据它们的尺寸，具有在整个组合物中小于等于2原子%/立方厘米，优选小于等于2000 ppm的氧含量，优选小于等于1000 ppm，尤其小于10 ppm。除ICP-MS和HP-GD-MS（高纯辉光放电质谱法）外，或者优选借助中子活化分析（NAA）进行分析。NAA是在用于定性和定量痕量分析的分析化学中高度敏感的物理技术，其中用中子（或其它颗粒）轰击待分析的样品。
在NAA中，使仅几毫克（或视情况可能几微克）的样品暴露在中子流（核反应器）中。中子与样品的核反应并将稳定同位素转化成质量数比稳定同位素的质量数大1的放射性同位素。在这种第一核过程中，发射瞬发γ量子，可以测量其能量并给出关于输出核（Ausgangskern）的信息。但是，在大多数研究中，用于分析的是形成的放射性核的分裂。其随后以其典型的半衰期分裂，发射β颗粒和特有的γ辐射，其在γ能谱仪中检测。以此方式，可定量和定性检测样品中存在的几乎所有元素。除元素的含量外，由原子核的已知性质甚至还可以测定它们的同位素。可以例如在Berlin Neutron Scattering Center进行测量。
在该颗粒的整个组合物中，稀释气体，如氙气、氩气、氪气或氮气的含量小于1%原子/立方厘米，尤其小于等于1000重量ppm、10重量ppm、1重量ppb至检出限，例如至1重量ppt。
通过在1014 cm-2 s-1的热中子的所谓通量密度下在1小时照射时间下的中子活化测定氙气(Xe)、氩气(Ar)、氪气(Kr)或氮气的检出限为大约10-8 g（Ne, Xe）、大约10-9 g（Kr）、大约10-10 g（Ar）和大约10-5 g氧气（O2）。因此，该检出限尤其对于小样品而言可以小于等于1000重量ppm、10重量ppm、1重量ppb或低至检出限，例如至1重量ppt。
为了制造含有高纯或超高纯硅的颗粒，使用高纯至超高纯硅烷，对此使用具有半导体品质的纯硅烷至超高纯硅烷的定义，如单体和/或聚合的单硅烷、H-硅烷和/或氯硅烷，尤其是通式I、II和III，或包含如超高纯四氯硅烷、超高纯三氯硅烷和/或超高纯二氯硅烷的混合物，优选具有80重量%至99.9999999重量%的硅烷含量，任选用聚硅烷加到100重量%，并具有作为高纯硅烷小于等于100重量ppm至0.001重量ppt，作为超高纯硅烷优选小于50重量ppm至0.001重量ppt的总污染，优选小于等于40重量ppm至0.001重量ppt的下文提及的元素的总污染。或者，也可以使用硅烷混合物替代单一硅烷，只要其符合对硅烷含量的上述要求特征。
本发明还提供包含a) 一次粒径为1纳米至500纳米的一次颗粒的含硅颗粒的用途；它们尤其具有3至100纳米，优选5至80纳米的一次颗粒。优选通过等离子体方法获得这些一次粒径。该颗粒此外优选同时具有b) 平均d50 = 5纳米、10纳米、16纳米、20纳米、25纳米、30纳米或40纳米的平均一次粒径，尤其在每种情况中独立地具有优选小于+/- 25纳米的d90低分散度，在40纳米颗粒的情况中，其中不考虑优选以团簇形式存在的一次颗粒的比例。
或者，一次颗粒具有10至50纳米的粒度，在50纳米下+/- 35纳米，尤其+/- 25纳米。可经受基于红外辐射的例如自由空间反应器（Free-Space-Reactor）法的一次颗粒通常具有粒度为100至350纳米的一次颗粒，优选这些一次颗粒的团簇。本发明的团簇优选具有10纳米至3微米，尤其是100纳米至3微米、150纳米至400纳米的尺寸。
优选大于等于70重量%的一次颗粒以团簇形式存在，优选大于80重量%，优选大于85重量%至100重量%，和大于90重量%、95重量%、98重量%、99.5重量%。
根据一次粒径，该含硅颗粒具有浅黄色、橙色或浅棕色，并因此也可在需要时用作涂料产品中的颜料。在此表现出特别惊人的性质，即同时UV保护和仿木颜色。由于宜人的仿木固有暖色，施加到木材上的含硅颗粒不像已知的白色UV过滤剂的情况那样被认为令人反感和令人讨厌。本发明的颗粒还可具有大于等于40平方米/克的BET表面积。
本发明还提供具有1至5纳米的平均一次粒径d50，尤其是50至100纳米的平均团簇尺寸的颗粒的用途，所述颗粒如实施例P4所示在200至400纳米波长范围内的吸收平均为在500至750纳米波长范围内的吸收的两倍。图6显示来自实施例P4的颗粒的TEM图像。
根据一个特别优选的实施方案，使用尤其无定形的含硅颗粒，其中该颗粒具有电磁辐射吸收的下列特征：
a) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约35纳米的平均粒度d50下，在250至400纳米波长范围内的吸收与在400至750纳米波长范围内的吸收相比具有+/- 40%，尤其+/- 30%，优选+/- 20%，优选+/-10%的偏差等，和/或
b) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的平均粒度d50下，在(i) 250至400纳米波长范围内的吸收与在(ii) 550纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至8:1，尤其是2:1至6:1，优选3:1至6:1，具有+/- 40%，优选+/- 30 %，优选+/- 20%，特别优选+/-10%的偏差，和/或
c) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的平均粒度d50下，在(i) 250至400纳米波长范围内的吸收与在(ii) 500纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 1.5:1至8:1，尤其是1.8:1至5:1，优选2:1至4:1，具有+/- 30%，尤其优选+/- 20%，特别优选+/-10%的偏差，和/或
d) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的平均粒度d50下，在(i) 250至350纳米波长范围内的吸收与在(ii) 450纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至4:1，具有尤其+/- 30%，优选+/- 20%，特别优选+/-10%的偏差，和/或
e) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的平均一次粒径d50下，在(i) 250纳米波长下的吸收与在(ii) 450纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至4:1，具有尤其+/- 30%，优选+/- 20%，特别优选+/-10%的偏差，和/或
f) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的平均粒度d50下，在(i) 350纳米波长下的吸收与在(ii) 450纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至3:1，具有尤其+/- 30%，优选+/- 20%，特别优选+/-10%的偏差，
g) 其中特别对具有大于等于98重量%的硅含量和任选碳和/或氧含量的纯、高纯至超高纯和基本上无定形的含硅颗粒实现上述值，优选的是在整个组合物中大于等于99.5重量%的硅含量和任选另外加到100重量%的氧。可以通过各平均一次粒径的级分的含量有针对性地调节光学性质。
本发明还提供含硅颗粒，尤其是一次粒径为1至100纳米的无定形和基本是含硅的颗粒用于提高电光层的材料，如电光学材料的折光指数的用途。
本发明还提供选自含有纯硅和具有70重量%至90重量%硅和10重量%至30重量%碳的SiC和纯SiC的含量的颗粒的含硅颗粒用于提高配制品或材料的折光指数的用途。
本发明还提供选自SiC颗粒和具有70重量%至90重量%硅和10%至30重量%碳的含硅和碳含量的颗粒的含硅颗粒的用途，其中该颗粒具有折光指数(n): i) 大于等于2.5至小于等于1000纳米，ii) 大于等于2.75至小于等于500纳米，和/或iii) 大于等于3.0至小于等于230纳米，和/或iv) 大于等于3.5至小于等于50纳米，尤其对具有平均1至40纳米的一次粒径的基本纯的无定形碳化硅颗粒而言。
在这种情况中，含硅颗粒，尤其选自具有大于90重量%至100重量%，优选大于等于91重量%至100重量%，优选大于等于95重量%、98重量%、99.5重量%、99.99重量%至100重量%的硅含量的颗粒，可具有在500至2500纳米波长范围内大于等于3和/或在200至500纳米波长下，尤其在大约280至400纳米下大于等于4.0的折光指数(n)。优选地，该颗粒，尤其是纯且无定形的硅颗粒，具有在大约280至400纳米波长范围内大于等于5至7，特别优选6至7的折光指数(n)。优选地，具有平均20至40纳米的一次粒径的基本纯的无定形硅颗粒具有这些折光指数，优选在250至400纳米。该折光指数因此也能对制成的含硅颗粒的纯度进行品质控制。图2显示硅的折光指数作为波长（[纳米]）的函数作图。
本发明还提供具有大于等于90重量%，尤其大于等于95重量%至100重量%的硅含量的包含1至100纳米的一次颗粒和任选这些一次颗粒的团簇的含硅颗粒作为生物相容的UV保护和/或作为生物可降解的UV保护的用途。本发明的颗粒的另一优点是其可用作无机UV保护、折光指数提高材料和任选提供防刮性的材料。
该颗粒还优选具有带有氧含量的核-壳，其中该颗粒在这种情况下优选具有Si-O和/或Si-OH或可以其它方式用反应性基团官能化的化合物的含量。也可以在该方法中以指定方式制成的具有核-壳的颗粒可以硅烷化并因此进一步改性和附着到或并入其它材料中。
此外，在一个备选方案中，作为一次颗粒和任选一次颗粒的团簇存在并任选含有碳化硅、氮化硅、硅-锗的含硅颗粒可另外用电子受体或电子给体掺杂。为了掺杂，在制造过程中，加入至少一种在反应条件下呈反应性的气体，如合金气体，如二硼烷。该颗粒还优选可被细胞，如皮肤细胞或体细胞降解。例如，身体可优选在水性体液中将该无定形硅颗粒逐渐转化成SiO2并吸收和降解它们。在这种情况中，该颗粒可作为基本球形的颗粒或作为具有1至80纳米，尤其是20至45纳米层厚度的薄片形颗粒存在。当将该颗粒沉积在冷表面上或将该颗粒引入，例如卷入薄膜中时，该颗粒可作为薄片形颗粒存在。
本发明还提供制备含硅颗粒的方法和可通过这种方法获得的含硅颗粒，所述方法通过分解至少一种气态硅化合物或在升高的温度下为气态的硅化合物，b) 任选在至少一种在反应条件下呈反应性的气体或反应性气体的混合物存在下，c) 在稀释气体存在下在基本无氧的气氛中 (i) 在热条件下和/或(ii) 在等离子体中，和d) 沉积含硅颗粒，尤其作为具有大于等于30重量%至100重量%的硅含量并任选由氮、碳、CAS IIIA或VA族元素，优选硼、铝、磷、砷、硒和/或锑和任选氧的含量补充至100重量%的含硅无定形颗粒。
在此优选用作为无定形含硅颗粒的流体沉积该含硅颗粒。优选用气态的硅化合物、反应性气体、稀释气体或以溶液、乳状液、悬浮液、凝胶、泡沫、气溶胶或烟雾剂形式的流体沉积该含硅颗粒。根据本发明，优选用较冷的惰性气体或在较冷的惰性气体中沉积该颗粒。
在本发明的方法中，可以使用：
i) 气态的硅化合物或在升高的温度下为气态的硅化合物，其包含含氢和/或含卤素的硅烷和/或含烃硅烷，如卤代硅烷、氯硅烷，如二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、六氯二硅烷、甲基三氯硅烷、多/聚卤代硅烷和纯H-硅烷，如单硅烷，含氢的多/聚硅烷或多/聚卤代硅烷和/或至少一种烷氧基硅烷，特别优选的是单硅烷、二硅烷、三硅烷和包含至少一种这些硅烷的混合物，
ii) 作为稀释气体包含氩气、氦气、氙气、氪气、氢气或至少两种所述气体的混合物，和任选地
iii) 作为至少一种反应性气体，其包含a) 含氮化合物，如氮气、NH3、烷基胺，含锗化合物，烃，如甲烷、丁烷和/或丙烷，且所述至少一种反应性气体任选包含b) 包含CAS族 IIIA或VA的元素，优选硼、铝、磷、砷和/或锑的化合物的合金气体。在所述反应条件下，氮气不是惰性稀释气体而是反应性气体。
优选可用的反应性气体还包括芳族化合物，如甲苯，尤其是在每种情况中不含氧的化合物，条件是在分解时不形成水。优选的反应性气体包括烃，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、这些的混合物等、HCl、含氮的烃。
该硅化合物可以是气态化合物，如优选单硅烷或在升高的温度和/或降低的压力下转化成气相的化合物。可用的气态硅化合物通常包括所有含氢硅烷，如单硅烷、二硅烷、三硅烷和包含至少一种所述硅烷的混合物，以及含卤素和氢或纯含卤素的硅烷和多/聚硅烷，它们也可以混合用于该方法。该硅化合物优选可具有痕量Si-Cl、Si-Br和/或卤代硅烷，或以痕量添加含Si-Cl的化合物。在升高的温度下为气态的硅化合物还可包括含烃硅烷。优选的硅烷是卤代硅烷、氯硅烷，如二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、六氯二硅烷、甲基三氯硅烷，多/聚卤代硅烷和纯H-硅烷，如单硅烷、含氢的多/聚硅烷或多/聚卤代硅烷和/或至少一种烷氧基硅烷。
下面详细阐明特别优选的冷却条件。如上文详述，可以以两种方式形成粉末，因此可通过与任选具有烃成分的冷反应性气体，尤其是液氮反应实现含硅颗粒的冷却和形成。可通过将气态分解产物引入液态流体如冷却剂，例如液氦中或引入液态反应性气体中来实现分解产物的冷却并形成含硅颗粒。在这种情况中，含硅颗粒直接在反应性气体中形成。可以例如通过使用本领域技术人员已知的所谓的离子液体改进稳定化。
也可以通过引入惰性、冷的且易挥发的液体中或通过引入液态硅化合物或含硼化合物中实现冷却。通常，可以通过具有明显低于1000℃，优选低于200℃，更优选低于100℃，特别优选低于50℃至-273℃的温度的用于沉积的流体实施沉积。特别优选在含硅颗粒的各自熔点以下通过建立大于等于100℃，尤其大于等于200℃，优选大于等于500℃的温度差在1分钟内，优选在1000毫秒内，特别优选在小于等于100毫秒内实施快速沉积，以获得基本无定形的颗粒。
下面详细阐明特别优选的冷却条件。如上文详述，可以以两种方式形成粉末，因此可通过在任选具有烃成分的冷的（尤其用液氮冷却的）反应性气流中反应实现含硅颗粒的冷却和形成。在已形成含硅颗粒后，通过将气态分解产物引入液态流体、冷却剂，例如液氦中或引入液态反应性气体中来进一步冷却分解产物。在这种情况中，反应性气体直接结合到含硅颗粒上（在官能化的意义上）。
也可以通过合适的工艺方案，例如通过将其引入惰性、冷的且易挥发的介质中或通过将其引入液态硅化合物和/或含硼化合物中实现来自热的非热等离子体的工艺气体的冷却。通常，可以通过具有明显低于1000℃，优选低于200℃，更优选低于100℃，特别优选低于50℃至-273℃的用于沉积的流体实施沉积。特别优选在含硅颗粒的各自熔点以下通过建立大于等于100℃，尤其大于等于200℃，优选大于等于500℃的温度差在1分钟内，优选在1000毫秒内，特别优选在小于等于200毫秒内实施快速沉积，以获得基本无定形的颗粒。
或者，可以在温度小于等于1050℃，优选小于等于700℃，特别优选小于等于150℃的存在于非热平衡下的等离子体中获得无定形一次颗粒。在另一变体中，优选的加工在低温范围内，即在373开尔文至大于0开尔文的范围内。
根据本发明，该等离子体优选在气体放电条件下（umfasst das Plasma die Bedingungen einer Gasentladung），尤其是在非热等离子体中。
例如在反应室中通过气体放电或通过电磁能的入射，如通过无线电波或微波的入射制造根据本发明使用的非热等离子体。因此不像热等离子体的情况中那样通过高温制造等离子体，而是通过非热电离法制造等离子体。本领域技术人员已知这样的等离子体。为此可示例性提及所谓的潘宁电离法。
关于上文详述的方法，使用以非热平衡驱动的气体放电。非热在本发明的意义上是指作为能量介导物类的电子具有比重颗粒（N、N2、N2 +、N+ Si、SiH、SiH2 + ... C、H、H2、NH、...）更高的温度和因此更高的能量（动能）。这些可通过本领域技术人员已知或熟悉的镇流器或电源设备制造。该非热等离子体通常具有能量为0.1至100 eV，尤其是1至50 eV的电子和能量为0.000 001至10 eV，尤其是0.01至0.1 eV的重颗粒。
已经令人惊讶地证实，可有利地通过将光调弱（相位边际控制）或/和借助脉冲宽度调制或通过脉冲频率制造这种非热气体放电，在这种情况下电极有利地设计为通过二维抛物线形状例如由烧结金属制成的具有优选多孔端面（Stirnflächen）的中空电极。由此，使该15气流均匀分布在电极表面上。可根据F(r) = r² (0.1 < r < 1.1 cm)描述该二维蘑菇状表面。本发明的方法通常在具有100至3400℃，优选700至999℃的温度的非热等离子体中进行。
该等离子体可以是脉冲的；优选在反应筒的圆柱形区域中提供基本上为圆柱形的等离子体，尤其是非热等离子体。
在等离子体中合成时，可以适当地用惰性气体，例如稀有气体或稀有气体的混合物，例如氩气与小比例的氦气和/或氪气、氙气和/或反应性气体如氮气、氢气、甲烷、四氯化碳等的混合物操作。其它气体混合物是本领域技术人员已知的或可见于相关教科书。
本发明的方法的另一优选实施方案包括将稀有气体或稀有气体混合物或由作为稀释气体的氩气和/或氦气、氪气、氙气和任选的反应性气体如氮气、氢气、甲烷、四氯化碳等构成的稀有气体-气体混合物引入尤其到具有小于等于3000℃，优选小于等于1900℃的温度的非热等离子体中。
本发明的方法的另一优选实施方案包括将稀有气体或稀有气体混合物作为稀释气体引入到尤其具有小于等于1500℃，优选小于等于1300℃的温度的非热等离子体中。
在本发明的方法中，优选可以转化另外的在升高的温度下为气态的硅化合物，其包含含氢和/或含卤素的硅烷，如H-硅烷、卤代硅烷和/或含烃硅烷，如甲基硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷，卤代硅烷、氯硅烷和纯、高纯、尤其是超纯H-硅烷，如单硅烷，和/或氯硅烷，如二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、六氯二硅烷、甲基三氯硅烷、多/聚卤代硅烷、仅含氢或含氢和卤素的含氢的多/聚硅烷。为了制造无定形颗粒，同样可以使用烷氧基硅烷，优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或混合的四烷氧基硅烷。
可根据本发明使用的硅烷包括通式I，HxSiCl4-x (I)的硅烷，其中x彼此独立地选自0、1、2或3，优选x = 0、1或2，更优选x = 0或1，尤其优选x = 0，或包含至少两种式I的单体氯硅烷，尤其选自四氯硅烷、三氯硅烷和二氯硅烷的混合物，优选纯四氯硅烷或具有三氯硅烷和/或二氯硅烷含量的纯四氯硅烷。
也可以优选使用包含具有2至8个硅原子的多/聚全氯硅烷的多/聚全氯硅烷混合物。最多6个硅原子的多/聚氯硅烷易挥发，而7个硅原子以上的化合物作为气溶胶加工。还特别优选使用具有至少3个硅原子，尤其具有3至8个硅原子的更高分子量的多/聚氯硅烷。
优选的是包含具有2至100个硅原子的多/聚全氯硅烷的多/聚全氯硅烷混合物。还特别优选使用具有至少3个硅原子，尤其具有3至50个硅原子的更高分子量的多/聚氯硅烷，其可通过[SiCl]n的归中反应制备，其中[SiCl]n分子优选作为n = 6的六元环网络及其倍数存在。在红外光谱区中或通过Si29 -NMR进行分析。
本发明的多/聚氯硅烷的使用包括通式II SinCl2n+2的多/聚全氯硅烷的同系物，其中n大于等于2，其形成直链和/或支链，以及形成环或聚合物的多/聚全氯硅烷，其中该聚合物可以是支化和/或环状的，具有理想式III SinCl2n，其中n大于等于3，以及理想式IV SiCl1.5的具有较低氯含量的硅氯化物。特别优选的多/聚氯硅烷被认为是通式II SinCl2n+2的化合物，其中n大于等于2，尤其其中n大于等于2至100，优选其中n大于等于2至50，优选在每种情况中独立地其中n大于等于2、3、4、5、6、7、8、9或10，优选2至8，特别优选其中n等于2或3，其中它们可形成直链或支链；和通式III SinCl2n的形成环或聚合物的化合物，其中n大于等于3，尤其其中n大于等于4至100，尤其其中n大于等于4至50，特别优选在每种情况中独立地其中n大于等于4、5、6、7、8、9或10，以及根据通式IV SinCl1.5n的具有较低氯含量的多/聚氯硅烷，其中n大于等于4或5，尤其其中n大于等于6至200，优选其中n大于等于8至100。特别优选使用多/聚氯硅烷（PCS），尤其是八氯三硅烷或与更高分子量的多/聚氯硅烷，优选多/聚全氯硅烷混合的八氯三硅烷，其中该多/聚氯硅烷尤其具有20重量%至99.9999重量%的八氯三硅烷含量，有利地具有上述杂质状况。也可以使用溶解的多/聚硅烷和/或多/聚氯硅烷，例如作为液体、糖浆、糊剂、膏剂、分散体、乳状液在反应性溶剂，如烃中，其中该高纯溶剂在分解前被蒸发成反应性气体。因此，反应性可蒸发溶剂也被视为反应性气体。
在引入反应筒之前，可优选将稀释气体与气态硅化合物和/或反应性气体混合。或者，使用惰性稀释气体用于沉积颗粒。也可以通过转移到高真空区域中实现硅化合物和任选反应性气体的分解。高真空被认为是小于等于0.01巴，尤其小于等于0.001巴，小于等于0.0001巴的真空。
该压力范围通常为0.001毫巴至50巴，尤其是1毫巴至10巴，优选10毫巴至5巴。根据所需分解-和/或合金-和/或涂料产品和为了使含碳工艺气体的形成最小化，也可以在1至50巴，优选2至50巴，特别优选5至50巴的压力范围内实施该方法。在此，本领域技术人员知道，所选压力是除气、附聚和减少含碳工艺气体之间的折衷。
为了实施该方法，除上述特征外，进一步优选该气体放电为非热等离子体；还优选通过也如臭氧发生器中所用的发生器激发气体放电。关于非热等离子体的定义，参考相关技术文献，例如参考"Plasmatechnik: Grundlagen und Anwendungen – Eine Einf ü hrung ；编辑组 , Carl Hanser Verlag, 慕尼黑 / 维也纳； 1984, ISBN 3446-13627-4" 。
比功率输入为0.1至1000 W/cm2。特别优选地，在示例性情况中比能量输入为0.1至100 Ws/cm2，其中带宽（GAP）例如为1毫米。在此更优选借助具有至少250 kHz带宽的精确相位瞬时功率测量进行比能量输入。在具有50平方厘米放电面积的标准化装置中进行瞬时功率的测定。优选如此实施用于形成非热等离子体的能量输入，以在形成的等离子体中形成用于转化硅烷和含C、N和/或Ge等的化合物的尽可能均匀的条件；该非热等离子体在此特别优选在使该放电覆盖整个电极面积的电压下运行。
根据一个优选备选方案，沉积的颗粒在任选存在于表面的氧原子和/或氯原子处有机官能化。该颗粒优选通过与硅烷的反应性有机官能团反应在颗粒表面改性。可通过络合或形成共价键实现改性。通常，该含硅颗粒可以至少部分用有机官能硅烷改性。有机官能硅烷包括具有不饱和烃基的硅烷、卤素官能化的硅烷，如优选卤代烷基硅烷，如单氯三甲基硅烷，卤代烷氧基硅烷，如单氯三烷氧基硅烷，亚烷基烷氧基硅烷（Alkylenalkoxysilane）、亚烷基卤代硅烷（Alkylenhalogensilane）、氨基官能硅烷，如氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三烷基硅烷和有机官能硅烷。有机官能硅烷还包括有机官能化的硅化合物和有机硅氧烷。
本发明还提供包含具有大于等于30重量%至100重量%的硅含量并由氮、碳、CAS族 IIIA或VA元素，优选硼、铝、磷、砷、硒和/或锑和任选氧的含量补充至100重量%的无定形含硅颗粒的UV保护组合物，其中平均一次粒径为1至500纳米，该颗粒优选作为一次颗粒的团簇存在。该组合物优选作为配制品存在，尤其作为用于工业用途和/或工业材料的UV保护配制品存在，并包含至少一种助剂。该配制品可以作为粉末、分散体、悬浮液、气溶胶、嵌在层中，例如作为薄膜、涂层等存在。
本发明的配制品优选包含至少一种助剂、添加剂或其它常规配制品成分。
由于本发明的颗粒是惰性的，由于它们的透射特性，它们特别适合作为UV保护剂，因为本发明的颗粒，如SiC粉末可能是透明的并有利地在300纳米+/- 80纳米附近没有任何显著透射。
基本无定形的粉末被认为是x-射线-无定形粉末。x-射线-无定形粉末优选被认为是具有小于2%的结晶度的粉末。结晶度，在本发明中也被称作“结晶水平”可借助XRPD通过下列公式确定：
(100 x A)/(A + B –C) = 以%计的结晶度
在这一公式中，A是衍射图中结晶成分的反射的总峰面积，B是峰面积A下方的总面积，C是空气散射、荧光和仪器造成的背景面积。
在Si相的窄反射下方，峰面积A可具有背景。参照Si参考标准NIST 640（Si标准 = 100%结晶度）的XRD图确定背景面积C。面积B相当于插入的背景曲线和恒定的背景C。计算（HighScore Plus Software）。
在x-射线-无定形粉末中，在XRPD中没有明显干扰，而只有少数在低衍射角下的漫射干扰。具有这种x-射线衍射图的物质被称作x 射线 - 无定形。在结晶的情况下，存在各向异性的均质体，其具有重复单元（Bausteine）的三维周期性排列并具有存在界定清晰的可分辨反射的XRPD。
可以通过下列方法分析测定粒度测定和团簇如附聚体的形成或一次颗粒的存在。尤其可以借助筛分分析、TEM（透射电子显微术）、SEM（扫描电子显微术）或光显微术的方法测定粒度。
实施例
图1a显示本发明的含硅颗粒的TEM图像。
图1b显示本发明的产物6 (P6)的UV-vis光谱和与来自Evonik的典型对比产品TiO2型P25（图1b中的no. 5）的比较。下表1举例公开了样品no. 1至5的测得的吸收（吸收：A，相对单位）作为波长（λ [nm]）的函数和作为粒度的函数作图。箭头朝向平均粒度递增方向。
表1: UV/vis至IR光谱（图1b）：
样品的光谱1、2、3、4和5显示样品4和5在高于650纳米的波长范围下的相对恒定的吸收，而三个样品no. 1、2和3的吸收随最小平均粒度不断降低。
图1b的光谱1、2、3、4和5对样品的赋值是，从高值到低值：
1: 样品no. 1: Si, d50 = 5-25 nm (2013048401)
2: 样品no. 2: Si, d50 = 10-20 nm (20131120)
3: 样品no. 3: Si, d50 = 20-70 nm
4: 样品no. 4: Si, d50 = 20-100 nm
5: 样品no. 5: TiO2-P25。
图2显示硅的折光指数作为波长（λ [nm]）的函数作图，光谱e：硅的折光指数，线f：折光指数 n = 4。
图3a和3b显示样品P6在不同放大（图3（100 000:1，200纳米）和图3b（600 000:1，50纳米）下的TEM图像。
图4显示团簇的粒度分布。这显示no. 1 (20131007 Si P6 5)、no. 2 (20131007 Si P6 3)、no. 3 (20131007 Si P6 2)、no. 4 (20131007 Si P6 4)、no. 5 (20131007 Si P6 1)。
图5显示参考样品和具有不同一次粒径和不同团簇尺寸的Si的UV-vis吸收特征。在箭头方向上（粒度递增），在高于400纳米至远超过100纳米的波长范围内，随粒度提高，吸收提高。图5中的光谱的赋值：光谱d: 20131007-P6/2mm，光谱b: TiO2-P25，光谱a: 20130912-P4: 光谱4，光谱c: 20130912-P3: 光谱3。
图6显示样品P4的颗粒的TEM图像。
图7a显示样品3的TEM图像，其获自自由空间反应器。图7b显示样品4的TEM图像。这两个样品都是无定形的。
图8a显示实施例2a的产物的TEM图像，且图8b显示实施例2b的产物的TEM图像。
所有以升给出的数据都以标准升为单位。该等离子体反应器在0.4 kW和大约16 kHz下以半峰宽为t(50) 500 ns的高压脉冲和40 NL/min的质量流速运行。对于随后提及的等离子体工艺，使用以非热平衡运行的气体放电。
实施例中所用的自由空间反应器，缩写为"FSR"，具有切向壁流。该FSR在反应器中配有温度测量装置。下面规定优选反应器的几何。该反应器管具有36.1毫米的外径和33.1毫米的内径。加热区具有700毫米长度，在1300℃的温度下。
测温探针的屏蔽管具有6.7毫米的外径、3.7毫米的内径和用于测量最多2000℃的高温的温度传感器。对于FSR中的环形气流，提供切向进料。下表2显示在反应器中的不同测量点的温度曲线。
表2: 温度作为管式反应器中的测量点（以毫米计的x值）的函数作图的曲线
实施例1: 在自由空间反应器中以高纯形式获得无定形硅颗粒。单硅烷在H2基质（60体积%）中分解。氢气用作传热介质和稀释气体。在长度50厘米的管式反应器中的停留时间为100至500毫秒。
在流体中进行无定形硅的冷却和去除。在本情况中，引导分解产物经过液体石蜡。可以将形成的无定形硅一次颗粒稳定在石蜡中并根据制造条件和浓度以彼此生长在一起的一次颗粒的形式呈团簇存在。
根据具体的工艺条件，该颗粒具有不同的一次粒径。工艺条件为：
(a) 使用
- 2标准升（NL/min）的氩气、1 NL/min的含5重量% SiH4的氩气的气体混合物制造样品3a和3b。
- 对于样品3a，选择100毫秒的停留时间，对于样品3b，选择500毫秒的停留时间。
(b) 使用
- 2 NL/min的氩气和2 NL/min的含5重量% SiH4的氩气的气体混合物制造样品4。
- 对于样品4，选择在管式反应器中400毫秒的停留时间。
(a)中获得的样品3a具有20至25纳米的一次粒径d50。对于样品3b，这一粒度为50至55纳米。
(b)中获得的样品4具有35至40纳米的一次粒径d50。
以乳状液形式分散在乙醇中并具有大约45纳米粒度和大约350纳米或更低的团簇尺寸的样品3的无定形硅颗粒的吸收在400至1050纳米范围内低于1。
实施例2a和2b: 等离子体
(2a) 单硅烷在存在于非热平衡下的氩气等离子体中转化。所得平均一次粒径为5至10纳米。将所得反应产物分散在稀氯仿中。这种分散体的TEM图像显示在图8a中。
(2b) 如同实验(2a)，但延长接触时间。获得大约30纳米的平均一次粒径。在稀氯仿中的分散体的TEM图像显示在图8b中。

Claims (18)

1.含硅颗粒的用途，
其特征在于
所述颗粒用于保护工业材料免受10至1500纳米波长范围内的电磁辐射。
2.根据权利要求1的用途，
其特征在于
所述颗粒
a) 用于吸收在10纳米至450纳米波长范围内的电磁辐射，
b) 用作工业材料、表面、部件、电光层、电光部件的UV保护。
3.根据权利要求1或2的用途，
其特征在于
所述含硅颗粒具有大于等于40重量%至100重量%的硅含量并具有补充至100重量%的氮、碳和/或CAS族 IIIA或VA的元素，优选硼、铝、磷、砷和/或锑和任选氧的含量，其中
一次粒径为1至500纳米。
4.根据权利要求1至3任一项的用途，
其特征在于
所述含硅颗粒基本上是无定形颗粒。
5.根据权利要求1至4任一项的用途，
其特征在于
所述含硅颗粒基本上包含由硅、碳化硅、氮化硅（Si3N4）、SiC-Si、SiGe、SiGe:C或其混合物构成的无定形颗粒。
6.根据权利要求1至5任一项的用途，
其特征在于
所述硅颗粒具有小于等于2%的结晶度。
7.根据权利要求1至5任一项的用途，
其特征在于
所述含硅颗粒具有
a) 中值d50 = 1纳米至200纳米的平均一次粒径，
b) 中值d50 = 1至10纳米的平均一次粒径，
c) 中值d50 = 5至10 nm的平均一次粒径，和/或
d) 中值d50 = 16至40纳米的平均一次粒径或其与上述一次粒径的级分的混合物。
8.根据权利要求1至7任一项的用途，
其特征在于
所述颗粒包含40重量%至100重量%的硅并具有补充至100重量%的氮、碳和任选氧的含量，并任选是透明的。
9.根据权利要求1至8任一项的用途，
其特征在于
具有1至5纳米的平均一次粒径d50和任选50至150纳米，尤其是50至100纳米的平均团簇尺寸的颗粒平均具有为500至750纳米波长范围内的吸收的两倍的在200至400纳米波长范围内的吸收。
10.根据权利要求1至9任一项的用途，
其特征在于
所述颗粒具有电磁辐射的下列吸收特征：
a) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约35纳米的d50下，在250至400纳米波长范围内的吸收与在400至750纳米波长范围内的吸收相比具有等于+/- 40%的偏差，和/或
b) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的d50下，在(i) 250至400纳米波长范围内的吸收与在(ii) 550纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至8:1，具有+/- 40%的偏差，和/或
c) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的d50下，在(i) 250至400纳米波长范围内的吸收与在(ii) 500纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 1.5:1至8:1，具有+/- 30%的偏差，和/或
d) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的d50下，在(i) 250至350纳米波长范围内的吸收与在(ii) 450纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至4:1，具有+/- 30%的偏差，和/或
e) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的d50下，在(i) 250纳米波长下的吸收与在(ii) 450纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至4:1，具有+/- 30%的偏差，和/或
f) 在10至50纳米的一次粒径下，尤其在大约25纳米的d50下，在(i) 350纳米波长下的吸收与在(ii) 450纳米波长下的吸收相比的比率为大约(i):(ii) = 2:1至3:1，具有+/- 30%的偏差。
11.用途，尤其根据权利要求1至10任一项的用途，
其特征在于
使用含硅颗粒用于提高材料的折光指数。
12.根据权利要求1至11任一项的用途，
其特征在于
a) 所述含硅颗粒具有90重量%至100重量%的硅含量和在500至2500纳米波长范围内大于等于3和/或在200至500纳米波长下大于等于4.0的折光指数(n)，或
b) 所述含硅颗粒选自SiC颗粒和具有70重量%至90重量%的硅和10重量%至30重量%的碳的硅和碳含量的颗粒，其中所述颗粒具有下述折光指数(n)
i) 大于等于2.5至小于等于1000纳米，
ii) 大于等于2.75至小于等于500纳米，
iii) 大于等于3.0至小于等于230纳米，和/或
iv) 大于等于3.5至小于等于50纳米。
13.根据权利要求1至12任一项的用途，
其特征在于
在本体中和/或借助涂层保护工业材料免受电磁辐射、作为电光层的UV保护、作为电光部件的UV保护和/或用作涂层。
14.含硅颗粒作为生物相容的UV保护和/或作为生物可降解的UV保护的用途，所述含硅颗粒包含1至100纳米的一次颗粒和任选这些一次颗粒的团簇，具有大于等于90重量%至100重量%的硅含量。
15.制备含硅颗粒的方法，所述含硅颗粒尤其用于根据权利要求1至14任一项的用途，在所述方法中
a) 使至少一种气态的硅化合物或在升高的温度下为气态的硅化合物，
b) 任选在至少一种在反应条件下具有反应性的气体或反应性气体的混合物存在下，
c) (i) 在热条件下和/或(ii) 在等离子体中在基本无氧的气氛中在稀释气体存在下分解，和
d) 沉积含硅颗粒。
16.根据权利要求14的方法，
其特征在于
i) 气态的硅化合物或在升高的温度下为气态的硅化合物包括含氢和/或含卤素的硅烷和/或含烃硅烷，如卤代硅烷、氯硅烷，如二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、六氯二硅烷、甲基三氯硅烷、多/聚卤代硅烷和纯H-硅烷，如单硅烷、含氢的多/聚硅烷或多/聚卤代硅烷和/或至少一种烷氧基硅烷，
ii) 所述稀释气体包括氩气、氦气、氙气、氪气、氢气或至少两种所述气体的混合物，和任选地
iii) 所述至少一种反应性气体包含a) 含氮化合物，如氮气、NH3、烷基胺、含锗化合物、烃，如甲烷、丁烷和/或丙烷，且所述至少一种反应性气体任选包含b) 包含CAS族 IIIA或VA的元素，优选硼、铝、磷、砷和/或锑的化合物的合金气体。
17.UV保护组合物，其包含根据权利要求14或15的无定形含硅颗粒或具有大于等于30%至100重量%的硅含量并补充至100重量%的氮、碳、CAS族 IIIA或VA的元素，优选硼、铝、磷、砷、硒和/或锑和任选氧的含量的无定形含硅颗粒，其中
平均一次粒径为1至500纳米，所述颗粒优选作为一次颗粒的团簇存在。
18.根据权利要求16的组合物，
其特征在于
其作为配制品存在，尤其作为用于工业用途和/或工业材料的UV保护配制品存在，并包含至少一种助剂。
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