[发明专利]一种低温熔融盐介质制备纳米硅的方法

说明书

本发明公开了一种利用低温熔融盐介质制备纳米硅的方法,所述纳米硅的制备是以二氧化硅为硅源，在真空或惰性气氛保护下、将二氧化硅、金属氢化物和无水氯化铝按质量比为1:1～5:5～20的比例混合研磨均匀，置于反应器内，以1～20℃/min的升温速率升至100～700℃，反应1～60h；反应结束后，冷却至室温，将反应产物经稀酸浸泡、去离子水洗涤，然后抽滤、真空烘干即得纳米硅粉体材料。本发明方法的特点是利用金属氢化物为还原剂、无水氯化铝熔融盐为反应介质，可以在较低的温度下制备纳米硅，显著降低了能耗和成本，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于非晶硅制备技术领域，具体涉及一种低温熔融盐介质制备纳米硅的方法。

背景技术

硅是工业界应用最广泛的元素之一，在微电子器件、集成电路、太阳能发电和锂离子电池等领域具有重要的应用前景。硅的地壳丰度为27％，仅次于氧(46％)，硅较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。制备纯硅的方法较多，其硅源多为二氧化硅、氟硅酸盐、卤硅烷及其衍生物等。目前，工业上制备硅的方法主要有：(1)碳热还原法，以硅石(其主要成分为二氧化硅)，在电弧炉中还原硅石(SiO₂含量大于99％)，使用的还原剂为石油焦和木炭等，可直接炼出制造硅钢片用的高质量硅。(2)三氯氢硅氢还原法，是德国西门子(Siemens)公司于1954年发明的，又称西门子法，其原理是在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，制成半导体级高纯多晶硅。(3)硅烷热分解法，将SiH₄气体导入硅烷分解炉，在800～900℃的发热硅芯上分解并沉积出高纯多晶硅。上述几种制备方法反应温度高、并且在生产过程中能耗大，产生大量副产物，对设备的要求也很高。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的应用推广价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种以低温氯化铝熔融盐为反应介质，利用金属氢化物将二氧化硅还原来合成纳米硅的方法，其工艺简单、合成温度低、反应效率高、对环境友好，易于工业化生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低温熔盐介质制备纳米硅的方法，包括如下步骤：

S1、在真空或保护气氛下，将含二氧化硅的原料、金属氢化物和无水氯化铝研磨均匀，并将混合物转移至密闭的反应器内；

S2、将反应器以1～20℃/min的升温速率加热至100～700℃，并保温1～60h；

S3、待反应结束后，冷却至室温，取出反应器内的固体产物，依次经稀酸浸泡、去离子水洗涤，然后抽滤、真空烘干得到纳米硅材料。

本发明中，原料金属氢化物和无水氯化铝的纯度不低于化学纯。

作为优选的，所述步骤S1中的含二氧化硅的原料、金属氢化物和无水氯化铝的质量比1:1～5:5～20。

作为优选的，所述步骤S1中的金属氢化物为氢化锂、氢化钠、氢化钾、氢化镁、氢化钙中的一种或几种。

作为优选的，所述步骤S1中的含二氧化硅的原料为二氧化硅、粉煤灰、石英、硅藻土、硅石、砂子中的一种或几种。

作为优选的，所述步骤S2中的升温速率为1～5℃/min。

更为优选的，所述步骤S2中的升温速率为1℃/min。

作为优选的，所述步骤S2中的加热温度为100～500℃。

更为优选的，所述步骤S2中的加热温度为200℃。

作为优选的，所述步骤S2中的保温时间为5～50小时。

更为有选的，所述步骤S2中的保温时间为10小时。