纳米硅的制备方法

大家好，小科来为大家解答以上问题。纳米硅的制备方法这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

解答：

1、 硅(Si)的理论比容量为4200mAh/g，超高的理论比容量使其在电池应用方面具有巨大的潜力。

2、 但是在Si充放电过程中存在三个主要问题：

3、 (1)体积变化很大(约300%)，导致电极材料粉化、脱落；

4、 (2)SEI膜不断形成，消耗大量锂离子；

5、 (3)本征载流子浓度很低，导电性很差。

6、 针对上述问题，为了使Si材料达到汽车电池负极的标准，国内外研究人员做了大量深入的研究，主要从以下三个方面进行：

7、 (1)硅的纳米化。

8、 纳米硅的尺寸很小。一方面，合金化反应中的绝对体积变化小，可以降低变形应力；另一方面可以增加电极的比表面积，缩短锂离子在固体中的传输距离。

9、 (2)硅和碳的化合物。

10、 纳米硅与碳材料的复合既能保持硅的高容量和碳材料的良好导电性，又能缓冲硅的体积膨胀。

11、 (3)微结构设计。

12、 通过制备诸如中空核壳结构和3D多孔结构的特殊结构，可以利用该结构来减轻由硅的体积膨胀引起的负面影响。

13、 这篇文章谈的是纳米硅的制备方法

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15、 纳米硅的制备方法

16、 Si颗粒的大小对其电化学性能有很大影响，纳米级的Si颗粒在循环、倍率和快速充放电性能方面表现优异[1]。

17、 工业纳米硅粉主要由硅烷(SiH4)制成，主要方法有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、激光诱导化学气相沉积(LICVD)和流化床(FBR)。

18、 自蔓延法可用于实验室制备纳米硅粉，但该方法存在自放热导致内部实际反应温度不可控、易引入杂质元素、产率低等问题，不适合大规模工业化生产。

19、 1.等离子体增强化学气相沉积方法

20、 处于等离子体状态的物质是由电离的导电气体组成的，具有极高的能量和活性。

21、 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)通过辉光放电电离硅烷(SiH4)，然后在基底上沉积纳米硅粉。

22、 通过调整工艺参数，可以将硅粉的粒径控制在10~200nm。

23、 PECVD法的优点是制备的硅粉尺寸可达到50nm以下，粒度稳定性好，基础反应温度低，沉积速率快，已实现批量生产。

24、 但这种方法也有很大的弊端：首先，原料SiH4是易燃易爆气体，在运输和生产过程中存在很大的安全隐患；其次，大型生产设备投入大，成本高。在生产过程中，强辐射和溢出的金属蒸气粉尘对人体有害，产生的有害废气难以处理。

25、 2.激光诱导化学气相沉积

26、 激光诱导化学气相沉积以激光为输入能源，借助激光光解，气体分子或原子瞬间被激活，在极短时间内完成成核，但来不及长大形成纳米级颗粒。

27、 用特定波长的高能激光照射SiH4气体，诱导SiH4解离，然后硅源成核并再次生长。通过控制相关的反应条件，可以得到不同尺寸的纳米硅粉。

28、 LICVD法可以实现快速升温和降温，使纳米尺寸的Si颗粒无法长大，可以得到纳米尺寸的Si颗粒(10nm以下)。

29、 LICVD法具有激光能量集中、温度梯度大的特点，易于制备10nm以下的非晶和结晶纳米颗粒，颗粒大小分布均匀，无污染，无粘结。主要用于Si、Si3N4、SiC和一些金属氧化物纳米粒子的合成。

30、 近年来，人们对LICVD进行了大量的研究，但对于大量的基元反应、化学平衡的建立、分子的内能态等问题，仍然没有确定的结论。

31、 LICVD不需要普通的高反应温度

32、 流化床法是将固体颗粒分散到流体中，使其具有一定的流体特性。这种状态称为固体流化状态。

33、 SiH4以一定的气体流速通入专用流化设备，在特定催化剂颗粒的存在下，在流化床中反应生成纳米硅粉。通过控制流化床中硅颗粒的浓度

34、流化床反应器具有产量高、产物颗粒小和催化剂有效系数高等优点，但也存在一次转化率低、返混严重等缺点，生产中催化剂颗粒和仪器设备磨损严重，对催化剂强度有很大的要求，当通入气体流速很大时，催化剂颗粒可能被带出流化床反应器。