火花放电和高能球磨法可控制备纳米硅颗粒及性能表征

发布时间：2023-04-25 02:32

　　随着纳米技术的飞速发展,硅作为重要的半导体材料其在纳米化后表现出的特殊物理化学性能引起了众多领域的关注。目前,纳米硅颗粒已经被应用于微电子、涂料、生物医疗、新能源等众多行业。例如,掺杂纳米硅颗粒用于制备PERC电池局部硼背场可以增加载流子浓度从而提升电池效率;重掺杂纳米硅颗粒制成的电极表现出更好的倍率性能,提升了锂电池的充放电速度。日益增长的需求与应用领域的不断拓宽对纳米硅颗粒性能(粒径分布、掺杂特性,微观形貌等)提出了更多元化的要求。而目前纳米硅颗粒的制备手段普遍存在成本高、设备要求严苛且无法实现可控制备等缺点。本文首先从火花放电加工单晶硅锭的副产物中成功分离出粒径均匀分布在30⁵0nm的纳米硅颗粒,产量为1g/h;并且仅需更换不同掺杂特性的体硅材料就可实现对掺杂特性的可控制备。鉴于单一火花放电法制备纳米硅颗粒存在的产率低、材料利用率低且无法实现对尺寸的可控制备,本文在采用火花放电法将体硅材料转化为粉体之后,引进高能球磨法,制备出中位粒径(D50)为87.5nm的纳米硅颗粒,产量高达100g/h;并且仅需控制球磨时间即可实现对尺寸的可控制备。借助材料表征手段对纳...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 纳米材料简介
        1.2.1 纳米材料的特性
        1.2.2 纳米材料的应用
        1.2.3 纳米材料的制备方法
    1.3 纳米硅颗粒制备方法的研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 论文研究意义与主要工作
        1.4.1 论文研究意义
        1.4.2 本文主要内容
第二章 火花放电法制备纳米硅颗粒
    2.1 火花放电法制备纳米硅颗粒原理
        2.1.1 火花放电法原理
        2.1.2 纳米硅颗粒的形成机制
    2.2 工件表面温度场数值模拟
        2.2.1 有限元模型建立
        2.2.2 温度场仿真分析与结果讨论
    2.3 火花放电法制备纳米硅颗粒试验研究
        2.3.1 硅的基本形式
        2.3.2 试验系统的建立
        2.3.3 放电参数对纳米硅颗粒产率的影响
        2.3.4 放电参数对电极损耗的影响
        2.3.5 放电参数对产物氧含量的影响
    2.4 不同掺杂特性纳米硅颗粒的可控制备
    2.5 纳米硅颗粒的收集及提纯
        2.5.1 纳米硅颗粒的收集
        2.5.2 纳米硅颗粒的提纯
    2.6 本章小结
第三章 火花放电和高能球磨法高效制备纳米硅颗粒
    3.1 组合法制备纳米硅颗粒原理
        3.1.1 高能球磨法原理
        3.1.2 表面活性剂分散机理
    3.2 组合法制备纳米硅颗粒试验研究
        3.2.1 试验系统的建立
        3.2.2 试验过程及结果分析
    3.3 组合法制备纳米硅颗粒工艺研究
        3.3.1 火花放电法制备微米级硅粉工艺研究
        3.3.2 高能球磨法制备纳米硅颗粒工艺研究
    3.4 本章小结
第四章 纳米硅颗粒性能表征
    4.1 测试仪器介绍
    4.2 纳米硅颗粒微观结构表征
        4.2.1 纳米硅颗粒SEM测试
        4.2.2 纳米硅颗粒TEM测试
        4.2.3 纳米硅颗粒XRD测试
    4.3 纳米硅颗粒电化学性能表征
        4.3.1 实验材料及设备
        4.3.2 电极片制备及纽扣电池组装
        4.3.3 电化学性能测试结果及分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文完成的工作总结
    5.2 后续工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3800525