本發(fā)明屬于納米材料的球磨制備方法，具體涉及一種納米硅粉的球磨制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，硅基低維納米材料在光電子器件應(yīng)用領(lǐng)域取得了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，目前已經(jīng)應(yīng)用的領(lǐng)域有電子發(fā)光材料、催化劑載體、藥物載體和鋰離子電池負(fù)極材料等。特別地，硅作為鋰離子電池負(fù)極材料，具有4200mah/g的理論放電容量，大約是目前市場(chǎng)上碳負(fù)極材料理論容量的10倍。所以，硅作為電池負(fù)極材料有望解決目前電動(dòng)汽車(chē)和電子產(chǎn)品移動(dòng)電源需要頻繁充電問(wèn)題，展現(xiàn)出十分可觀的潛力。

納米硅粉，作為新一代光電半導(dǎo)體和高功率光源材料的主要原料，具有較寬的禁帶寬度(～1.65ev)和優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，如量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)，特殊的光、電特性與高磁阻現(xiàn)象，非線性光學(xué)效應(yīng)，可吸附色素離子、降低色素衰減，且其作為添加劑使用時(shí)可提高材料的強(qiáng)度、彈性、抗老化性和耐化學(xué)腐蝕性。因此，通過(guò)一種低成本的制備方法實(shí)現(xiàn)硅粉的低緯度納米化，是實(shí)現(xiàn)高性能儲(chǔ)能及光電子器件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而已經(jīng)報(bào)道的制備高純、晶粒尺寸均勻可控的納米硅粉成本較高，不適用于規(guī)模放大生產(chǎn)。

目前，制備納米硅粉的方法主要包括真空冷凝法、物理粉碎法、氣相沉積法、水熱合成法、微乳液法和溶膠凝膠法等。

上述方法制備出的原料大都存在以下的不足或缺陷：

(1)由于納米硅粉表面原子處于高度活化狀態(tài)，使其具有較高的表面能，所以一般方法制得的納米硅粉極易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，具有較差的抗氧化性；

(2)采用真空冷凝法、水熱合成法等雖然能夠獲得晶粒尺寸可控的納米晶硅粉，但這些方法對(duì)設(shè)備、工藝要求較高，無(wú)法進(jìn)行較大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，且制備成本較高；

(3)采用化學(xué)法制備工藝在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體，易對(duì)人體和環(huán)境造成污染。

因此，迫切需要尋找一種設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且可以制備高純度、晶粒尺寸均勻、維度可控的納米硅粉的新型方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，提供一種納米硅粉的球磨制備方法，該制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且可以制備高純度、晶粒尺寸均勻，納米化硅粉的維度可控。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種納米硅粉的球磨制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、準(zhǔn)備原料：

硅10-35份，乙醇90-65份，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉作為分散劑0.5-1份；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取磨球放置在臥式棒銷(xiāo)式砂磨機(jī)的球磨腔中；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得混合原料，進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中進(jìn)行球磨，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，即得到二維硅納米片粉末狀固體。

進(jìn)一步的，所述步驟1中：分散劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉，其具體組成成分為：na3c6h5o7·2h2o，濃度不小于95.0％；改性檸檬酸鈉的醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是檸檬酸鈉的3-5wt％，濃度為1mol/l，ph測(cè)試為2.4。。

進(jìn)一步的，所述步驟1中：微米硅的直徑為10μm-12μm。

進(jìn)一步的，所述步驟3中：砂磨設(shè)備為臥式棒銷(xiāo)式砂磨機(jī)，陶瓷件棒銷(xiāo)轉(zhuǎn)子為zro2；磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為50％-70％。

進(jìn)一步的，所述步驟3中：磨球采用日本東麗的鋯球，磨球直徑為0.3mm。

進(jìn)一步的，所述步驟4中：球磨時(shí)間為1.5h-9h，球磨轉(zhuǎn)速為700r/min-900r/min，線速度調(diào)節(jié)至10-12m/s；出料溫度不高于30℃。

進(jìn)一步的，所述步驟5中：噴霧干燥溫度為170℃-200℃，出料溫度不高于70℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的納米硅粉的球磨制備方法，由微米硅，乙醇，分散劑組成，將原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，再與磨珠一同進(jìn)行球磨，調(diào)控球磨時(shí)間和球磨轉(zhuǎn)速，最后進(jìn)行噴霧干燥，即得到納米硅粉；該制備方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且可以制備高純度、晶粒尺寸均勻可控的二維納米硅粉。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的二維硅納米片sem測(cè)試結(jié)果；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的二維硅納米片afm測(cè)試結(jié)果；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的二維硅納米片xrd測(cè)試結(jié)果；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1得到的納米硅粉，粒徑分布測(cè)試結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但所舉實(shí)施例只作為對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1-4所示的本發(fā)明提供一種納米硅粉的球磨制備方法，通過(guò)以下步驟實(shí)施：

步驟1、稱(chēng)取如下原料：

微米硅10-35份，乙醇90-65份，分散劑為改性檸檬酸鈉0.5-1份；其中，微米硅的直徑為10μm-12μm；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取直徑為0.2mm或0.3mm的鋯珠磨球，磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為50％-70％；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得混合原料進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中球磨，球磨時(shí)間為1.5h-9h，球磨轉(zhuǎn)速為700r/min-900r/min，控制出料溫度不大于30℃，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥溫度為170℃-200℃，出料溫度不大于70℃，即得到納米硅粉。

實(shí)施例1

步驟1、稱(chēng)取如下原料：

微米硅10kg，乙醇90kg，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉為0.05kg；其中，微米硅的直徑為10μm；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取直徑為0.3mm的鋯珠磨球，磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為50％；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得的混合原料進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中球磨2h，球磨轉(zhuǎn)速為900r/min，控制出料溫度不大于30℃，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥溫度為170℃，出料溫度不大于70℃，即得到納米硅粉。

sem表征：

將本發(fā)明實(shí)施例1得到的納米硅粉進(jìn)行sem表征，結(jié)果如圖1所示，可以看到球磨2h得到的納米硅粉為片狀，厚度為納米級(jí)，側(cè)向尺寸不大于300nm，大小均勻。

afm表征：

將本發(fā)明實(shí)施例1得到的納米硅粉進(jìn)行afm表征，結(jié)果如圖2所示，可以看到本發(fā)明實(shí)施例1得到的硅粉為片狀結(jié)構(gòu)，厚度僅為2nm。

xrd表征：

將本發(fā)明實(shí)施例1得到的納米硅粉進(jìn)行xrd表征，結(jié)果如圖3所示，可以看出本發(fā)明實(shí)施例1得到的是純硅粉，沒(méi)有碳化硅等其他雜質(zhì)，且寬化的峰表明了硅粉垂直尺度的納米化。

粒徑分布表征：

將本發(fā)明實(shí)施例1得到的納米硅粉進(jìn)行測(cè)試粒徑分布表征，結(jié)果如圖4所示，可以看到球磨2h得到的納米硅粉，粒度d50為112nm，d90為187nm。

實(shí)施例2

步驟1、稱(chēng)取如下原料：

微米硅20kg，乙醇80kg，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉為0.1kg；其中，微米硅的直徑為10μm；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取直徑為0.3mm的zro2磨球，磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為60％；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得的混合原料進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中球磨1.5h，球磨轉(zhuǎn)速為800r/min，控制出料溫度不大于30℃，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥溫度為180℃，出料溫度不大于70℃，即得到納米硅粉。

實(shí)施例3

步驟1、稱(chēng)取如下原料：

微米硅30kg，乙醇70kg，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉為0.15kg；其中，微米硅的直徑為11μm；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取直徑為0.3mm的鋯珠磨球，磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為70％；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得的混合原料進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中球磨9h，球磨轉(zhuǎn)速為700r/min，控制出料溫度不大于30℃，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥溫度為200℃，出料溫度不大于70℃，即得到納米硅粉。

實(shí)施例4

步驟1、稱(chēng)取如下原料：

微米硅30kg，乙醇70kg，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉為0.75kg；其中，微米硅的直徑為10μm；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取直徑為0.2mm的鋯珠磨球，磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為65％；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得的混合原料進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中球磨6h，球磨轉(zhuǎn)速為700r/min，控制出料溫度不大于30℃，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥溫度為180℃，出料溫度不大于70℃，即得到納米硅粉。

實(shí)施例5

步驟1、稱(chēng)取如下原料：

微米硅35kg，乙醇65kg，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉為1.75kg；其中，微米硅的直徑為10μm；

步驟2、將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；

步驟3、稱(chēng)取直徑為0.3mm的鋯珠磨球，磨球在砂磨機(jī)的球磨腔中的填充率為60％；

步驟4、啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得的混合原料進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中球磨8h，球磨轉(zhuǎn)速為700r/min，控制出料溫度不大于30℃，得到納米硅和乙醇混合物；

步驟5、將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥溫度為170℃，出料溫度不大于70℃，即得到納米硅粉。

上述實(shí)施例分散劑為5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉，其具體組成成分為：na3c6h5o7·2h2o，濃度不小于95.0％；改性檸檬酸鈉的醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是檸檬酸鈉的3-5wt％，濃度為1mol/l,ph測(cè)試為2.4；

砂磨機(jī)采用型號(hào)為常州龍?chǎng)蝫sj-35；磨球采用日本東麗的鋯球。

本發(fā)明的納米硅粉的球磨制備方法，由微米硅，乙醇，分散劑組成，將原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，再與磨珠一同進(jìn)行球磨，調(diào)控球磨時(shí)間和球磨轉(zhuǎn)速，最后進(jìn)行噴霧干燥，即得到納米硅粉；本發(fā)明納米硅粉的球磨制備方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且可以制備高純度、晶粒尺寸均勻可控的納米硅粉。

本發(fā)明中未做詳細(xì)描述的內(nèi)容均為現(xiàn)有技術(shù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種納米硅粉的球磨制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：1)準(zhǔn)備原料：硅10?35份，乙醇90?65份，5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉作為分散劑0.5?1份；分散劑為5wt％醋酸改性的檸檬酸鈉，具體組成成分為：Na3C6H5O7·2H2O，濃度不小于95.0％；2)將上述原料加入攪拌罐中，攪拌均勻，得到混合原料；3)稱(chēng)取磨球放置在臥式棒銷(xiāo)式砂磨機(jī)的球磨腔中；4)啟動(dòng)砂磨機(jī)，攪拌罐中步驟2所得混合原料，進(jìn)入砂磨機(jī)的球磨腔中進(jìn)行球磨，得到納米硅和乙醇混合物；5)將步驟4得到的納米硅和乙醇混合物進(jìn)行噴霧干燥，即得到二維硅納米片粉末狀固體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，該制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且可以制備高純度、晶粒尺寸均勻，納米化硅粉的維度可控。

技術(shù)研發(fā)人員：馬越

受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安翱宇科技管理咨詢(xún)合伙企業(yè)(有限合伙)

技術(shù)研發(fā)日：2019.05.28

技術(shù)公布日：2019.08.09