CN106946259B - 一种非晶硅粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶硅粉体的制备方法，所述非晶硅粉体以二氧化硅和碱土金属氢化物为原料，在惰性气氛保护下，将二氧化硅和金属氢化物按物质的量比1:2~6称量，置于密封球磨罐中，在室温条件下，以200~600 rpm的转速，球磨反应12~300 h，球磨反应结束后，将取出的固体产物经副产物去除和分离等步骤，即可到非晶硅粉体。本发明所述的非晶硅粉体制备方法具有工艺简单、成本低、高效安全、经济环保等特点。

Description

一种非晶硅粉体的制备方法
（一）技术领域
本发明属于非晶硅制备技术领域，具体涉及一种非晶硅粉体的制备方法。
（二）背景技术
硅（化学式：Si）原子序数为14，有无定型硅和晶体硅两种。在地壳中硅是除氧以外含量（25.7%）最多的元素，但极少以单质的形式在自然界出现，主要以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式存在。目前已经实现工业化的硅化学制备方法主要包括：（1）改良三氯氢硅氢还原法，原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。（2）硅烷法，将SiH4气体导入硅烷分解炉，在800~900℃的发热硅芯上，SiH4分解并沉积出高纯多晶硅。（3）流化床法，以SiCl4、H2、HCl、工业Si粉为原料，控制适当的温度和压力，使上述原料在流化床内发生化学反应，生成SiHCl3，SiHCl3通过歧化反应生成SiH2Cl2和SiCl4，其中，SiH2Cl2发生分解，生成SiH4气和SiHCl3，制取的SiH4气在流化床反应炉内进行热分解反应，生成的多晶硅在预先加入的细硅粒表面生长，最终得到粒状多晶硅。上述几种制备方法对生产条件要求都非常高，能耗也高，产生大量副产物，原料的一次利用率低，并且具有一定危险性。因此，探究一种高效、经济、安全、环境友好的硅制备方法具有重要意义。
（三）发明内容
本发明的目的是提供一种制备工艺简单、高效，对环境友好，易于工业化生产的制备非晶硅粉体的新方法。
下面具体说明本发明的技术方案。
本发明所述的非晶硅粉体是以碱土金属氢化物与二氧化硅为原料通过机械化学反应合成，其具体的制备方法包括如下步骤：
（1）将二氧化硅粉末在80~120 ℃真空烘箱中干燥10~24 h；
（2）在真空或保护气氛下，将干燥的二氧化硅和碱土金属氢化物装入密封的球磨罐，在0~50 ℃下，球磨发生化学反应；
（3）球磨结束后，将取出的固体产物用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性，然后将其过滤、烘干，即可到非晶硅粉体。
本发明中，步骤（2）中所述的碱土金属氢化物为氢化镁和氢化钙中的至少一种。
作为优选，所述步骤（2）中所述的二氧化硅和碱土金属氢化物的摩尔比例为1: 2~6。
作为优选，步骤（3）中所述的球磨操作条件为球料比30~200 :1、球磨转速200~600rpm，球磨时间12~300 h。
本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：
（1）本发明中利用碱土金属氢化物和二氧化硅在机械球磨下反应生成非晶硅，制备工艺简单，副产物氢气也很容易收集利用，是一种资源合理利用的环保行为。
（2）所用的原材料来源广泛、易得到，成本低，高效，绿色环保，易于工业化实施；
（四）附图说明
图1是实施例1制备的非晶硅粉体的XRD图谱。
（五）具体实施方法
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
将二氧化硅粉末在120 ℃真空烘箱中干燥12 h。在氩气气氛保护下，先分别将0.035 mol氢化镁和0.018 mol二氧化硅粉体装入球磨罐中，然后将磨球放入球磨罐后密封。其中磨球质量与物料质量比为80:1。在室温条件下，使球磨罐在500 rpm的转速连续球磨反应180 h，取出之后用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性。干燥、冷却所得粉体即为非晶硅粉体。
实施例2
将二氧化硅粉末在80 ℃真空烘箱中干燥24 h。在真空条件下，先将0.03 mol氢化钙和0.0125 mol二氧化硅转移至球磨罐，然后将磨球放入球磨罐后密封。其中磨球质量与物料质量比为160:1。在室温条件下，使球磨罐于450 rpm的转速连续球磨反应220 h，取出之后用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性。干燥、冷却所得粉体即为非晶硅粉体。
实施例3
将二氧化硅粉末在90 ℃真空烘箱中干燥10 h。在氩气气氛保护下，将0.024 mol氢化镁、0.021 mol氢化钙和0.018 mol二氧化硅装入至球磨罐中，然后将磨球放入球磨罐后密封。其中磨球质量与物料质量比为200:1。在室温条件下，使球磨罐于550 rpm的转速连续球磨反应168 h，取出之后用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性。干燥、冷却所得粉体即为非晶硅粉体。
实施例4
将二氧化硅粉末在100 ℃真空烘箱中干燥10 h。在氩气气氛保护下，将0.036 mol氢化镁、0.055 mol氢化钙和0.018 mol二氧化硅装入至球磨罐中，然后将磨球放入球磨罐后密封。其中磨球质量与物料质量比为180:1。在室温条件下，使球磨罐于500 rpm的转速连续球磨反应130 h，取出之后用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性。干燥、冷却所得粉体即为非晶硅粉体。
实施例5
将二氧化硅粉末在90 ℃真空烘箱中干燥16 h。在氩气气氛保护下，将0.018 mol氢化镁、0.018 mol氢化钙和0.018 mol二氧化硅装入至球磨罐中，然后将磨球放入球磨罐后密封。其中磨球质量与物料质量比为30:1。在0 ℃条件下，使球磨罐于600 rpm的转速连续球磨反应12 h，取出之后用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性。干燥、冷却所得粉体即为非晶硅粉体。
实施例6
将二氧化硅粉末在100 ℃真空烘箱中干燥24 h。在氩气气氛保护下，将0.02 mol氢化镁、0.04 mol氢化钙和0.01 mol二氧化硅装入至球磨罐中，然后将磨球放入球磨罐后密封。其中磨球质量与物料质量比为200:1。在50 ℃条件下，使球磨罐于200 rpm的转速连续球磨反应300 h，取出之后用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性。干燥、冷却所得粉体即为非晶硅粉体。
以上仅列举了本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不限制于此，本领域技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种非晶硅粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将二氧化硅粉末在80～120℃真空烘箱中干燥10～24h；
(2)在真空或保护气氛下，将干燥的二氧化硅和碱土金属氢化物装入密封的球磨罐，在0～50℃下，球磨发生化学反应；
(3)球磨结束后，将取出的固体产物用稀酸、乙醇洗涤3遍，并用去离子水洗至溶液为中性，然后将其过滤、烘干，即可得 到非晶硅粉体，
步骤(2)中所述的碱土金属氢化物为氢化镁和氢化钙中的至少一种,所述的二氧化硅和碱土金属氢化物的摩尔比例为1:2～6。
2.如权利要求1所述的一种非晶硅粉体的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的球磨操作条件为球料比30～200:1，球磨转速200～600rpm，球磨时间12～300h。
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Denomination of invention: A Preparation Method of Amorphous Silicon Powder

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Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980041706

Denomination of invention: A Preparation Method of Amorphous Silicon Powder

Granted publication date: 20190319

License type: Common License

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