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金屬硅粉:藏在多晶硅背后的成功“配角”
信息來源:www.meiranju.com    發布時間:2021.02.23

工業革命以來,傳統能源消耗劇增,生態環境不斷惡化,因此可再生能源中的代表——光伏產業迅速成為了關注焦點,直接拉動了多晶硅需求的迅猛增長。不過在多晶硅產量暴增的背后,與它一共被生產出來的副產品金屬硅粉也在默默地發光發熱,在其他領域展現出了獨特的優勢。

不過只有部分的多晶硅生產場合才會出現金屬硅粉副產品,比如說流化床法。流化床法是目前制備多晶硅的主要工藝之一,它以硅烷或氯硅烷作為硅源氣、以氫氣作為載氣,將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中,使硅烷裂解并在晶種上沉積,從而得到顆粒狀多晶硅。

在反應過程中,硅烷氣進入流化床后迅速分解,一部分發生異相反應,沉積至硅顆粒表面;另一部分發生均相反應,生成氣相微核,該微核經過一系列聚合長大過程生成金屬硅粉,在此聚合過程中還有一定比例粘附到硅顆粒表面,成為顆粒硅產品的一部分。

不過你別誤以為“金屬硅粉”就是經常提到那個“硅粉”,其實這兩者天差地別——一般來說,我們平時說的硅粉其實是指微硅粉,學名“硅灰”,是工業電爐在高溫熔煉工業硅及硅鐵的過程中,隨廢氣逸出的,經特殊的捕集裝置收集處理而成的煙塵,由于SiO2含量約占煙塵總量的90%,且顆粒度非常小,故稱為硅粉。而金屬硅粉的主要成分就是結晶硅(Si,化學成分相差很大,價格也比硅粉高。

金屬硅粉的用途廣泛,可用于有機硅高分子材料、單晶硅、冶金鑄造、冶煉、化工產品、耐火材料、鋁及鋁合金等產品的制造。尤其是向納米尺度轉變時,由于尺寸效應,將賦予硅材料新的特性,使其在陶瓷材料、復合材料、催化材料、光電池以及生物材料等領域都具有巨大的潛在應用前景。

比如說將納米金屬硅粉做成納米硅線用在充電鋰電池負極材料里,或者在金屬硅粉表面包覆石墨用作充電鋰電池負極材料,可提高鋰電池的電容量和充放電循環次數;此外,納米硅粉還可用在耐高溫涂層和耐火材料里。目前,一般市售的金屬硅粉粒徑在20~50μm之間,如果想將其轉換為納米尺寸,可參考一個研究人員曾做過的實驗——在超高溫度下使粗硅粉瞬間蒸發成為硅蒸汽,硅蒸汽在冷凝下來后成為納米級別的金屬硅粉。

雖然只是順帶的副產品,但萬幸金屬硅粉的光彩并沒有完全被主產品(顆粒硅)所遮蓋,比起其他副產品可能被拋棄的命運,金屬硅粉憑借著自身本事謀得了多個出路,不得不說確實是個成功的“配角”啊。




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