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硅中氧、碳及其含量测定

硅中氧、碳及其含量测定
硅中氧、碳及其含量测定

硅中氧、碳及其含量测定

1.硅晶体中的氧

直拉硅单晶中不可避免地存在氧。尽管氧的含量不高,在百万分之二十(20ppma)左右,相当于硅晶体中直线距离不到40个硅原子有一个氧原子,它们的作用却不可忽视。硅中的氧,取决于它存在的量、分布和存在的方式,对硅中缺陷的形成和晶片的特性有重要的影响。因此,精确地测定和控制硅单晶中的氧含量是硅材料制造和器件加工中必不可少的环节,硅中氧含量是当今硅材料与器件制造业进行验收、工艺监控以及研究开发所必需掌握的关键数据。

直拉硅单晶中的氧是在晶体生长过程中由熔硅进入。而熔硅中的氧主要由石英坩埚的溶解而引入。高温下的熔硅会和它与接触的石英坩埚壁反应,使石英溶解,石英中的氧溶入熔硅。含氧的熔硅被强烈的对流搅拌,带至熔硅上部暴露的表面和生长晶体的界面附近。到达表面的氧以SiO的组成向气氛发散,被气流带走。到达生长界面的氧就进入生长中的晶体。在实际的生长系统中,由石英溶解进来的氧绝大部分被带到暴露的表面挥发走,只有很小部分(大约2%)进入硅晶体。

进入硅晶体的氧含量与上述过程中的每一个环节都有关,因此影响因素较多:原料多晶硅和吹扫气氩气的含氧量,石英坩埚材质和表面涂层,熔硅直径与深度的比例,石墨热场设计所决定的坩埚壁的温度,由坩埚和晶体转动所引起的对流,吹扫气流在炉内(特别是熔硅上部)流动的分布,以及外加磁场的方式,都可能对氧的引入,即晶片中氧的浓度及其分布,产生重要作用。在晶体生长过程中这些因素会发生变化,所以,晶体中不同部位的氧含量也会相应变化。

在高温下引入硅中的氧处于固溶体状态。随着晶体生长后的冷却,这些氧逐渐处于过饱和状态。这时,由于已处于固态,氧原子在硅晶格中的移动受到限制。如果高温下的历程不是太久的话,这些氧原子会保持这种过饱和状态,以填隙原子的形式存在于硅晶格中。通常由直拉法生产的硅晶片中的氧大多都是处于这种状态。

这种过饱和的氧处于一种不稳定的状态。硅晶格中处于填隙位置的氧原子引起临近的局部挤压应力。随着温度的上升,氧原子在硅晶格中的热振动逐渐加强,有了移动趋向增强。氧原子附近的局部应力就成了它们移动的推动力。氧原子的结合有利于缓解这种应力,于是就有了结合的倾向。有关氧原子结合的最早发现的一个现象就是热施主效应:含有氧的硅单晶在350-500℃之间(在450℃时最强)热处理几小时后,可发现n型样品的电阻率降低,p型样品电阻率升高(有时甚至转型),犹如产生了一定数量的施主。这种施主产生的速度和数量取决于晶体中氧的浓度、氧存在的状态、热处理的温度、时间以及处理前晶体的热历史。单晶中氧含量(严格地说应是位溶解的氧)越多,处理时间越久,产生的施主就越多,最多可达5×1016/cm3(对应电阻率0.5 cm )。这种施主在高温下不太稳定,在500℃以上进一步热处理时会消失。这种因氧而产生的施主叫做热施主。研究表明它们是氧原子聚集的初期,处于络合状态。

后来进一步研究发现还存在另一类由氧引起的施主,这类氧施主在较高的温度下(约750℃)形成,热稳定性较高,称作新施主。这种新施主的形成和行为与硅中氧的进一步聚集有关。在这样的温度下,硅中氧原子的作用范围和活动性已足以形成一定密度一定大小的成核中心,其中一部分有可能加入更多的氧原子而进一步长大,最后形成稳定的SiO2析出物。这种析出物有较强的作用范围,吸引周围的异类杂质和点缺陷,构成硅晶格中的微缺陷。

无论是氧引起的施主效应或氧造成的微缺陷,都是硅晶体的不完整性,会对硅器件的制造和性能带来不利。但是,氧在一定条件下会带来好处,它可对位错的延伸产生钉着作用,增强硅晶片的强度。特别是可以利用来在器件制造过程中防止工艺导致缺陷的产生,例如本征吸杂技术。后者已被不少硅晶片制造商开发成为制造最高等级硅晶片的先进技术之一。

总之,无论从消除氧引起的缺点和利用氧带来的优点,无论对晶片制造商还是对器件制造商,控制晶片中的氧含量是关键,当然,硅中氧含量的测准是首要的。

2.硅中氧的红外光谱测定

硅晶体对可见光是不透明的,用肉眼看呈金属光泽,然而对红外光有相当好的透明性。一块2mm厚的双面抛光的硅片一般能透过大约60%的红外光。红外光实际上是由不同频率的连续光谱组成的,对于不同频率的红外光,硅片的透过率是不同的,这是因为取决于硅晶格和其中所含杂质种类和浓度,红外光的吸收率是不同的。

红外光谱技术就是利用红外光对物质不同的吸收、反射、透过特性来进行定性和定量分析的一种方法。对处于一定状态的物质和其中的组分,所吸收的红外光的频率是固定的,并且存在一个规律,就是吸收率与组分的浓度和光程(红外光在样品内经过的路程)成正比:

A = abc

其中A为样品的吸收率,a为比例系数,b为光程(如果样品两表面平行,并且入射光与表面垂直,则b为样品厚度),c为组分的浓度。这个定律叫做比尔-兰伯特定律。硅中的氧和碳就是基于这种原理进行测定的。

硅晶体中处于填隙位置的氧原子与临近的两个硅原子形成硅氧键,硅氧键的振动引起红外光三个频率的吸收,分别在1106、513和1718cm-1处,其中最强的1106cm-1吸收峰被用来标定硅中填隙氧的浓度。各国已对红外光谱法测定硅中填隙氧浓度制订了标准。

标准的测试方法是制备2mm厚双面镜面抛光的样品,采用氧浓度极低的区熔法制备的单晶硅制作参考样品,待测材料制成同样厚度的样品。分别测定它们的红外光谱。前者含有硅晶格的吸收峰。后者除硅晶格峰之外还含有氧吸收峰。两者相减,消除了被测样品中的硅晶格峰,得到氧吸收峰(见图1)。由1106cm-1的峰高A和厚度b获得与氧浓度成比例的吸收率αo=A/b。由吸收率和标准给定的校正因子可以计算得到硅中填隙氧浓度:

填隙氧浓度,ppma = 6.28αo

填隙氧浓度,原子/cm3= 3.14×1017αo

其中采用了近年较公认的校正因子值。历年各种标准所用的校正因子列于表1。

表1 氧的校正因子

图1 硅单晶的红外光谱

由上述方法可以容易地由红外光谱得到样品中的氧浓度。但是存在一些实际问题会影响最终数据的获得。第一,由1106cm-1峰的吸收率换算氧浓度的校正因子,不同标准采用不同出处的校正因子偏差较大,上下差别达两倍(见表1)。近年随着研究的深入,校正因子的值逐渐统一,但是由于历史原因,各家沿用的标准还可能不同,因此可能带来氧数据的混乱。第二,从光学原理可知,在红外光通过硅片的过程中还发生在晶片内部的多次内反射,引起与比尔-兰伯特定律的偏差,使吸收峰偏低,给出较低的氧含量,特别对较薄的样品较

为严重。第三,在实际生产中,作为产品的检测和验收以及工艺监控,需要分析大量样品,但是制作双面镜面抛光的厚度精确控制的样品是困难的,表面状态的不同(如使用酸腐蚀的硅片)厚度的不匹配会导致数据的偏差。第四,硅片中存在的掺杂剂和氧沉淀会影响红外吸收而干扰氧的测定。为了解决这些问题以适应微电子工艺对硅中氧含量控制越来越严格的要求,这些标准不断进行了修正,改进了测试和计算方法。同时由于计算机数据处理技术的快速进步,红外光谱仪的精确度不断提高,开发了专用的由光谱数据计算氧碳浓度的软件。由于这些努力,用红外光谱法测定硅中氧浓度的准确度、重复性已大大提高,并且已成为方便易行的常规测试手段。

2.硅中碳及其红外光谱测定

碳是硅中其重要性仅次于氧的杂质。说它重要并不是指它的存在有什么好处,恰恰相反,迄今为止,技术界公认的是它是有害杂质,是要尽可能加以驱除的。它的重要性,首先是在于它在单晶制造过程中很容易进入,是单晶中可能存在的浓度仅次于氧的杂质;其次,是它对单晶硅的特性,尤其对是氧在热处理时的行为有决定性影响。碳与硅同属Ⅵ族元素。在硅晶体中处于取代位置,即取代硅原子的位置。硅中的碳不形成电离中心,所以对硅单晶的导电行为没有直接的作用。碳的原子比硅小,碳的引入在局部造成了张应力(即趋向收缩),它的这个特点对硅中氧的成核和沉淀有重要的作用。器件制造的实践证明,高碳含量所引起的缺陷是导致器件软特性和二次击穿的主要原因。

降低硅单晶的碳含量是高质量硅单晶制造技术的关键之一。碳可能因多晶料或吹扫气体不纯而引入,但是现今原料和气体合格产品的纯度都很高,除非使用等外品(例如电极附近的边角料),一般不是主要考虑因素。需要更多考虑的是由石墨坩埚和石英坩埚的反应,以及石墨热场部件与挥发至气流中的SiO反应,所产生的CO和CO2由气流带回熔硅,最后由熔硅进入晶体。设计良好的气流和热场应能把这些碳的输运途径尽量加以限制。当然,清炉人员的操作也是重要的,必须尽可能减少碳的玷污。硅中碳的溶解度较低,大约7ppma,更高时很难生长无位错单晶。品质良好的硅单晶中的碳含量应在0.05ppma(红外检测限)以下。

硅中的碳也有红外吸收的特征峰,位于605cm-1,叫做局部模吸收。可以用同对氧一样的方法由红外光谱计算碳的含量,并且也都已建立了标准。同样地,为了提高测定的准确度,各国的标准也有所修正。

表2 碳校正因子

必须指出的是,用红外光谱法测定碳含量比测氧更难测准。首先,硅单晶中的碳含量一般比氧含量低一个数量级以上。其次,硅的红外光谱在碳峰位置附近有一个非常强的吸收峰,碳峰迭加在这个峰上就像一只小鸟停在牛背上。

要从非常大的峰上提取非常小的峰,准确地定量是十分困难的。

火力发电厂化学水 微量硅的测定

火力发电厂化学水微量硅的测定(硅酸根分析仪测定法) 10-12-14 09:36 201 views 0发表评论RSS 2.0 微量硅的测定(硅酸根分析仪测定法) 1概要 1.1 在PH为1.2-1.3条件下,水中活性硅与钼酸铵生成硅钼黄,用1,2,4酸还原剂把硅钼黄还原成硅钼蓝,用ND-2105型微量硅酸根分析仪测定其含硅量。 加入酒石酸或草酸可防止水中磷酸盐,少量铁离子的干扰以及过剩的钼酸盐被还原。 1.2 本法适用于除盐水、凝结水、给水、蒸汽等含硅量的测定。 1.3 本法的灵敏度为2μg/l,仪器的基本误差为满刻度50μg/l的±5%,即 2.5μg/l SiO2。 2仪器 ND-2105型微量硅酸根分析仪。此分析仪是为分析水中微量硅而设计的专用比色计。为了要提高仪器灵敏度和准确度,采用:长比色皿(光程为150mm);利用示差比色法原理进行测量。 [示差比色法是用已知浓度的标准溶液代替空白溶液,并调节透过率为100%或0%,然后再用一般方法测定样品透过率的一种比色方法。对于过稀的溶液,可用浓度最高的标准溶液代替挡光板并调节透过率为0%,然后再测其它标准溶液或水样的透过率;对于过浓的溶液,可用浓度最小的标准溶液代替空白溶液并调节透过率为100%,然后再测定其它标准溶液或水样的透过率。对于浓度过小或过大的有色溶液,采用示差比色法可以提高分析的准确度。] 3试剂 3.1 酸性钼酸铵溶液的配制: 3.1.1 称取50g钼酸铵溶于约500ml高纯水中。 3.1.2 取42ml浓硫酸在不断搅拌下加入到300ml高纯水中,并冷却到室温。 将按3.1.1配制的溶液加入到按3.1.2配制的溶液中,用高纯水稀释至1l。

氮化硅结合碳化硅材料的生产与应用_张林

氮化硅结合碳化硅材料的生产与应用 ◆ 张 林 孟宪省 山东工业陶瓷研究设计院 淄博255031 ◆ 赵光华 朱喜仲 水利部丹江口水利枢纽管理局碳化硅总厂 摘 要 阐述了氮化硅结合碳化硅窑具材料的生产技术、生产工艺流程及使用情况。指出作为现代窑具的替代产品,它具有较好的市场前景。 关键词 氮化硅结合碳化硅,工艺,生产,应用 1 生产工艺与性能 1.1 混料 压制料是按配方称量SiC砂和Si粉,倒入高效混料机,并均匀加入事先称量好且加水稀释的添加剂和临时结合剂。搅拌15~20min,并过筛,放入料仓困料24h以上。 挤出料是根据配方,用上述相似的方法进行混料和困料。并应额外加入可塑剂。 注浆料是先将Si粉放在水池中浸泡48h后,再由泥浆泵抽送到压滤机经压滤处理。根据配方称量SiC砂和Si饼,倒入高速搅拌罐并加入一定量的水、临时结合剂和悬浮剂搅拌2h。 1.2 成型 压制成型是将困好的料准确称量后,均匀布于模具中,振动加压成型,再经真空吸盘转移到储坯车上。 挤出成型是将混合料放入真空练泥机进行真空处理,使泥料均匀混合。泥料用塑料薄膜覆盖严实,困料24h,再经真空挤出成型机挤出。 浇注成型主要是满足异型件要求,由于SiC 砂和Si粉为瘠性料,自身密度大,导致泥浆的悬浮性差,易产生沉淀,使泥浆内颗粒分布不均匀。因此,配方中颗粒不能太粗且比例要适当,同时加入悬浮剂和解胶剂(一般采用明胶),并采用压力注浆。然后把经24h搅拌过的泥浆从储浆罐抽入压力注浆罐中,进行真空处理,注浆罐带有慢速搅拌机,加压后泥浆通过管道输送至浇注台的石膏模内成型;保持一定的压力和时间,待吃浆厚度达到要求后,空浆;坯体巩固后,脱模。 1.3 干燥 成型后粗修和整形的合格坯体,入储坯车至干燥室内。干燥室的热风来自热风炉(或窑炉余热利用),热风温度以100~120℃为好,有条件也可使用电热干燥。应严格控制升温速度,以免坯体出现变形或开裂。坯体干燥3天。达到干燥残余水分(一般<0.5%)后推出冷却,经精修坯体和生坯检查,合格的进入氮化炉烧成。 1.4 烧成 合格干燥品装入窑车进氮化室,对氮化反应空间密封后推入梭式窑,接上充氮管和抽真空管,升温至700~1450℃进行抽真空和氮化烧成。中高温氮化阶段(指1100℃以上),严格控制升温制度及氮气质量,氮气纯度应达到99.99%以上。在1180℃及1280℃两个反应高峰期应增加保温时间,以免反应过速出现“流硅”。 1.5 制品的性能 氮化硅结合碳化硅制品抗折强度随温度升高而提高,至1400℃时,强度开始下降,但到1500℃时仍保持常温抗折强度指标。氮化硅结合碳化硅材质的高温抗折强度是普通耐火材料的4~8倍;热膨胀系数是高铝耐火材料的一半;导热系数是一般耐火材料的7~8倍[1]。 生产应用 NAIHU O CAILIAO 1999,33(3)156~157,175  收稿日期:1998-09-07编辑:徐慧娟156  耐火材料1999/3

水中全硅的测定 重量法

实验四 实验名称: 全硅的测定(重量法) 实验原理: 全硅含量的测定采用重量法时刻直接用分析天平称量沉淀的重量而得到分析结果,不必用其他基准物质标定标准溶液或用标准试样进行比较,因此准确度较高。重量法测定全硅含量时,用浓盐酸是硅酸盐变成硅酸并进行脱水,经过滤、灼烧、冷却、称量、计算可的出水样中的全硅含量(以二氧化硅表示)。 实验仪器: 2.1 实验试剂: 浓盐酸。 2.2 盐酸溶液(1+49)。 2.3 5%硝酸银溶液(重/容)。 实验步骤: 将测定过溶解固体或灼烧减少固体之后的蒸发皿上盖,以表面皿,从皿的嘴部加入浓盐酸5-10ml ,静置片刻,使固体物质充分溶解。 3.2 将蒸发皿置于水浴锅上用玻璃三角架将表面架起,蒸发至干,移入150-155℃烘箱中烘干2h ,必要时重复3.1、3.2项操作,再次脱水。 3.3 将蒸发皿冷却室温后,加入10ml 浓盐酸润湿,再加入50ml 蒸馏水煮沸。 3.4 用蒸馏水冲洗表面皿,洗液置于蒸发皿中,用定量滤纸过滤,以热盐酸溶液(1+49)洗涤滤纸及沉淀5次,至滤纸呈现白色,再用热蒸馏水洗至滤纸无氯离子(以硝酸银溶液检验)。滤液留作测定铁铝氧化物用。 3.5 将滤纸连同沉淀物置于已恒重的坩埚中,烘干炉上彻底灰化后置于高温炉中,在900℃下灼烧1h 。 3.6 取出坩埚,在空气中稍冷后,移如干燥器中冷却至室温,迅速称量。 3.7 再在相同温度下灼烧半小时,冷却后称量,如此反复操作直至恒重。 全硅(SiO 2)含量(mg/l )按下式计算: G 1-G 2 SiO 2 =—————— x1000 V 式中G 1——灼烧后沉淀物与坩埚的重量,mg 。

硅中氧、碳及其含量测定

硅中氧、碳及其含量测定 1.硅晶体中的氧 直拉硅单晶中不可避免地存在氧。尽管氧的含量不高,在百万分之二十(20ppma)左右,相当于硅晶体中直线距离不到40个硅原子有一个氧原子,它们的作用却不可忽视。硅中的氧,取决于它存在的量、分布和存在的方式,对硅中缺陷的形成和晶片的特性有重要的影响。因此,精确地测定和控制硅单晶中的氧含量是硅材料制造和器件加工中必不可少的环节,硅中氧含量是当今硅材料与器件制造业进行验收、工艺监控以及研究开发所必需掌握的关键数据。 直拉硅单晶中的氧是在晶体生长过程中由熔硅进入。而熔硅中的氧主要由石英坩埚的溶解而引入。高温下的熔硅会和它与接触的石英坩埚壁反应,使石英溶解,石英中的氧溶入熔硅。含氧的熔硅被强烈的对流搅拌,带至熔硅上部暴露的表面和生长晶体的界面附近。到达表面的氧以SiO的组成向气氛发散,被气流带走。到达生长界面的氧就进入生长中的晶体。在实际的生长系统中,由石英溶解进来的氧绝大部分被带到暴露的表面挥发走,只有很小部分(大约2%)进入硅晶体。 进入硅晶体的氧含量与上述过程中的每一个环节都有关,因此影响因素较多:原料多晶硅和吹扫气氩气的含氧量,石英坩埚材质和表面涂层,熔硅直径与深度的比例,石墨热场设计所决定的坩埚壁的温度,由坩埚和晶体转动所引起的对流,吹扫气流在炉内(特别是熔硅上部)流动的分布,以及外加磁场的方式,都可能对氧的引入,即晶片中氧的浓度及其分布,产生重要作用。在晶体生长过程中这些因素会发生变化,所以,晶体中不同部位的氧含量也会相应变化。 在高温下引入硅中的氧处于固溶体状态。随着晶体生长后的冷却,这些氧逐渐处于过饱和状态。这时,由于已处于固态,氧原子在硅晶格中的移动受到限制。如果高温下的历程不是太久的话,这些氧原子会保持这种过饱和状态,以填隙原子的形式存在于硅晶格中。通常由直拉法生产的硅晶片中的氧大多都是处于这种状态。 这种过饱和的氧处于一种不稳定的状态。硅晶格中处于填隙位置的氧原子引起临近的局部挤压应力。随着温度的上升,氧原子在硅晶格中的热振动逐渐加强,有了移动趋向增强。氧原子附近的局部应力就成了它们移动的推动力。氧原子的结合有利于缓解这种应力,于是就有了结合的倾向。有关氧原子结合的最早发现的一个现象就是热施主效应:含有氧的硅单晶在350-500℃之间(在450℃时最强)热处理几小时后,可发现n型样品的电阻率降低,p型样品电阻率升高(有时甚至转型),犹如产生了一定数量的施主。这种施主产生的速度和数量取决于晶体中氧的浓度、氧存在的状态、热处理的温度、时间以及处理前晶体的热历史。单晶中氧含量(严格地说应是位溶解的氧)越多,处理时间越久,产生的施主就越多,最多可达5×1016/cm3(对应电阻率0.5 cm )。这种施主在高温下不太稳定,在500℃以上进一步热处理时会消失。这种因氧而产生的施主叫做热施主。研究表明它们是氧原子聚集的初期,处于络合状态。

纳米硅碳负极材料研究报告

纳米硅碳负极材料研究报告 0引言 自1991年SONY公司以石油焦炭为负极材料将锂离子电池推向商业化以来,因其出色的循环寿命、较高工作电压、高能量密度等特性,锂离子电池一经推出就受到人们的广泛关注,迅速成为能源储存装置中的明星。近年来,随着新能源交通工具(如EV和HEV)的发展,对锂离子电池提出了更高的要求。作为锂离子电池关键部分的负极材料需要具备在Ii 的嵌入过程中自由能变化小,反应高度可逆;在负极材料的固态结构中有高的扩散率;具有良好的电导率;优良的热力学稳定性以及与电解质良好的相容胜等。研究者们通过开发具有新颖纳米结构的碳材料和非碳材料,来提高作为锂离子电池负极的嵌铿性能。然而,这些新颖的材料,如Sn, Si, Fe、石墨烯、碳纳米管,等,虽然其理论嵌铿容量较高(Sn和Si的理论嵌铿容量分别为994mAh/g和4 200 mAh/g ,但由于制备工艺相当复杂,成本较高,而且在充放电过程中存在较大的体积变化和不可逆容量。因此,若将其进行商业化应用还需要解决许多问题。 锂离子电池具有高电压、高能量、循环寿命长、无记忆效应等众多优点,已经在消费电子、电动土具、医疗电子等领域获得了少’一泛应用。在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航空航天、船舶舰艇等交通领域逐步获得推少’一。同时,锉离子电池在大规模可再生能源接入、电网调峰调频、分布式储能、家庭储能、数据中心备用电 源、通讯基站、土业节能、绿色建筑等能源领域也显示了较好的应用前景 1不同负极材料的特点评述 天然石墨有六方和菱形两种层状品体结构同,具有储量大、成本低、安全无毒等优点。在锉离子电池中,天然石墨粉末的颗粒外表面反应活性不均匀,品粒粒度较大,在充放电过程中表面品体结构容易被破坏,存在表面SEI膜覆盖不均匀,导致初始库仑效率低、倍率性能不好等缺点。为了解决这些问题,可以采用颗粒球形化、表面氧化、表面氟化、表面包覆软碳、硬碳材料以及其它方式的表面修饰和微结构调整等技术对天然石墨进行改性处理。从成本和性能的综合考虑,目前土业界石墨改性主要使用碳包覆土艺处理。商业化应用的改性天然石墨比容量为340~ 370 mA·h/g,首周库仑效率90%~93%,100% DOD循环寿命可达到1000次以上,基本可以满足消费类电子产品对小型电池的性能要求。 2硅碳负极材料应用前景 近年来,我国锂离子电池产业发展迅速,全球市场份额不断攀升,在大规模的锂离子电池产业投资的带动下,锂离子电池负极材料的需求不断上升。硅负极相比石墨负极具有更高的质量能量密度和体积能量密度,采用硅负极材料的锉离子电池的质量能量密度可以提升8%以上,体积能量密度可以提升10%以上,同时每千瓦时电池的成本可以下降至少3%,因此硅负极材料将具有非常广阔的应用前景。新能源汽车产业是全球汽车产业的发展方向,也是我国重要的新兴战略产业之一,未来10年将迎来全球汽车产业向新能源汽车转型和升级的战略机遇。新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。其中,纯电动汽车完全使用动力电池驱动,对电池容量需求最大,要求锉离子电池容量平均为30 kW /h。自2010年起,动力类锉离子电池受益于技术提升和成本降低,逐渐替代镍锅,镍氢电池,成为新能源汽车广泛使用的动力电池。根据中国汽车工业协会统计,我国新能源汽车产量由2011年的8000辆左右增至2015年的34万辆,而销量则由2011年的8000辆左右增至2015年的33万辆,年均复合增长率均超过150% o在各种利好政策的影响下,2014

硅碳负极材料复合方式

硅碳负极材料复合方式 锂离子电池具有能量密度高、开路电压高、循环寿命长等优点,被广泛应用于计算机、手机、EV以及其它便携式电子设备中。目前锂电池的商业化程度较高,作为锂电池的四大主材(正极材料、负极材料、隔膜、电解液)之一,负极材料的性能对电池性能具有关键影响,负极材料种类如图1所示。目前市场上锂电厂商主要选择石墨材料作为锂电池的负极材料,石墨属于碳负极材料中的一种,包括人造石墨和天然石墨。 图1.锂电池负极材料种类 石墨是较为理想的负极材料,由于其具有良好的循环稳定性、优异的导电性且层状结构具有良好的嵌锂空间,被广泛用于锂电池中。随着国家对于锂电

池性能要求的不断提高,石墨作为负极材料的不足也逐渐显露出来,例如克容量低(372mAh/g)、循环次数较多时层状结构容易剥离脱落等,限制了锂电池比能量和性能的进一步提升。科研工作者致力于寻找一种可以替代碳负极材料的材料。 由于硅可以和锂形成二元合金,且具有很高的理论容量(4200mAh/g)而备受关注。另外,硅还具有低的脱嵌锂电压平台(低于0.5VvsLi/Li+),与电解液反应活性低,在地壳中储量丰富、价格低廉等优点,是一种非常具有前景的锂电池负极材料。 图2.石墨与硅的结构比较 但是硅作为锂电池负极具有致命的缺陷,充电时锂离子从正极材料脱出嵌入硅晶体内部晶格间,造成了很大的膨胀(约300%),形成硅锂合金。放电时锂离子从晶格间脱出,又形成成了很大的间隙。单独使用硅晶体作为负极材料容易产生以下问题:

第一、在脱嵌这个过程中,硅晶体体积出现了明显的变化,这样的体积效应极易造成硅负极材料从集流体上剥离下来,导致极片露箔引起电化学腐蚀和短路等现象,影响电池的安全性和使用寿命。 第二、硅碳为同一主族元素,在首次充放电时同样也会形成SEI包覆在硅表面,但是由于硅体积效应造成的剥落情况会引起SEI的反复破坏与重建,从而加大了锂离子的消耗,最终影响电池的容量。 结合碳材料和硅材料的优缺点,经常将两者复合来使用,以最大化提高其实用性。通常根据碳材料的种类可以将复合材料分为两类:硅碳传统复合材料和硅碳新型复合材料。其中传统复合材料是指硅与石墨、MCMB、炭黑等复合,新型硅碳复合材料是指硅与碳纳米管、石墨烯等新型碳纳米材料复合。不同材料之间会形成不同的结合方式,硅碳材料的复合方式/结构主要有以下几种: 一、核桃结构 图3.核桃结构硅碳复合材料

速溶硅中硅的测定法

速溶硅中硅含量测定法 1范围 本标准规定了速溶硅中硅含量的快速测定方法、计算及允许差。 本标准适用于含硅量70%以上速溶硅中硅含量的快速测定。测定范围:>70%。 2方法提要 试料经硫酸、硝酸及氢氟酸处理后,使试料中的硅变为四氟化硅(SiF4)挥发除去,从损失的质量计算出硅的含量。加硝酸可使试料快速溶解。加硫酸是为了防止四氟化硅的水解,并吸收在反应过程中析出的水,因反应产生的水能将四氟化硅分解成不挥性化合物。 其主要反应如下: Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 3SiF2+4H2O=2H2SiF6+Si(OH)4 四氟化硅与过量氢氟酸也能产生氟硅酸: SiF4+2HF=H2SiF6 氟硅酸与硫酸一起加热时,即被分解: H2SiF6=SiF4↑+2HF↑ 有硫酸存在时,速溶硅中的铁及夹杂的金属化合物形成相应的硫酸盐,900℃灼烧时分解成相应的氧化物。如无

硫酸存在,速溶硅中铁及夹杂的金属化合物形成相应的氟化物,在高温时,氟化物易挥发,影响分析结果的计算。 2Fe+6HF=2FeF3+3H2↑ Fe2O3+6HF=2FeF3+3H2O TiO2+4HF=TiF4+2H2O Al2O3+6HF=2AlF3+3H2O 3试剂及主要设备 3.1硫酸(1+1)。 3.2氢氟酸(ρ1.14g/mL)。 3.3硝酸(1+1)。 4试样取样方法。试样在铁研钵中砸碎,并全部通过200目试验筛。 5分析步骤 5.1试料称取0.2000g试样,精确至0.0001g。 5.2测定次数独立地进行两次测定,取其平均值。5.3测定 5.3.1将试料(5.1)置于50mL已在900℃恒重过的铂坩埚中,加水润湿,加2mL硫酸(3.1),加15mL氢氟酸(3.2),逐滴加入6mL硝酸(3.3),盖上铂坩埚盖,待剧烈反应停止后,滴加硝酸(3.3)冲洗铂盖和铂坩埚壁上的试料于溶液中,加热至试样完全分解[若试料溶解

硅材料基础知识

导体:导体是很容易导电的物质,电阻率约为10-6-10-8Ωcm, 绝缘体:极不容易或根本不导电的一类物质。 半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质,目前已知的半导体材料有几百种,适合工业化的重要半导体材料有:硅、锗、砷化镓、硫化镉,电阻率介于10-5-1010Ω(少量固体物质如砷、锑、铋,不具备半导体基本特性,叫做半金属。 冶金级硅(工业硅):将自然级自然界的SI02矿石冶炼成元素硅的第一步,冶金级硅分为两类:1、供钢铁工业用的工业硅,硅含量约为75%。2、供制备半导体硅用,硅含量在99.7%-99.9%,它常用作制备半导体级多晶硅的原料。 多晶硅:1、改良西门子法,2、硅烷法,3、粒状硅法。 改良西门子法:多晶硅生产的西门子工艺,在11000C左右德高纯度硅芯上还原高纯三氯氢硅,生成多晶硅沉积在硅芯上。过程:1、原料硅破碎;2、筛分(80目)——沸腾氯化制成液态的SIHCL3——粗馏提纯——精馏提纯——氢还原——棒状多晶硅——破碎——洁净分装。 硅烷法:原料破碎——筛分——硅烷生成——沉积多晶硅——棒状多晶——破碎、包装。单晶硅:硅的单晶体,具有基本完整的点阵结构的晶体,不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导体,纯度要求达到99.9999%甚至达到99.9999999%用于制造半导体器件、太阳能电池等。 区域熔炼法:制备高纯度、高阻单晶的方法。 切克劳斯基法(直拉法):制作大规模集成电路、普通二极管和太阳能电池单晶的使用方法。硅棒外径滚磨:将单晶滚磨陈完全等径的单晶锭。 硅切片:硅切片是将单晶硅原锭加工成硅圆片的过程(内圆切片机刀口厚度在300-350um,片厚300-400um。线切机刀口厚度不大于200u,片最薄可达200-250u.). 硅磨片:一般是双面磨,用金刚砂作原料,去除厚度在50-100u,用磨片的方法去除硅片表面的划痕,污渍和图形,提高硅片表面平整度。用内圆切片机加工的硅片一般都需要进行研磨。 倒角:将硅切片的边沿毛刺、崩边等倒掉。 抛光片:大规模集成电路使用的硅片。 硅材料电性能的三个显著特点: 1、对温度的变化十分灵敏,当温度提高时,电阻率将大幅度下降。 2、微量杂志的存在对电子的影响十分显著,纯硅中加入百万分之一的硼,电阻率就会 从2.14*103下降至4*10-3Ω。 3、半导体材料的电阻率在受到光照时会改变其数值大小。 本征硅:绝对纯净没有缺陷的硅晶体称作本征硅,本征硅中导电的电子和空穴都会由于其价键破裂而产生。体内电子和空穴浓度相等。 N型硅:在纯硅中掺入V族元素(如、磷、砷等),能够提供自由电子的杂质统称为施主杂质,掺入施主杂质的硅叫N型硅。以电子为多数载流子的半导体。 P型硅:在纯硅中掺入III型元素(如硼)以后,具有接受电子的杂质成为受主杂质,掺入受阻杂质的硅叫做P型硅。以空穴为多数载流子的半导体。 单晶:一块晶体如果从头到尾按照同一种排列重复下去叫做单晶体, 多晶:许多微小单晶颗粒杂乱的排列在一起称为多晶体。 晶体中的缺陷:点缺陷、线缺陷、面缺陷、孪晶、旋涡、杂质条纹、堆垛层错、氧化层错、滑移线等 电阻率: 高能粒子探测器:要求几千乃至上万Ω的FZ单晶。

植株全硅的测定

植株全硅的测定 2019-8-20 1、原理:植株材料经预灰化、高温灰化、酸化等环节,提取全硅,以钼蓝法测定硅含量。测定体系中,通过降低酸浓度(0.03M硫酸5ml,在50ml的最终pH1.2-1.3)、加入草酸以抑制磷的干扰。体系pH过低,灵敏度下降,pH过高,本底增加。 2、植株全硅标准提取法:称取粉碎植株样品0.10xxg,放入30ml镍坩埚中,先在通风厨中用电炉预灰化,加几滴双氧水,于马弗炉中灰化成白色,(500-600度,3-4小时左右),冷却后,加氢氧化钠2g,酒精灯加热5分钟,旋转坩埚使坩埚壁粘接灰分得以接触碱,酒精灯继续加热15分钟,取下冷却,加蒸馏水20ml,浸泡提取物过夜,溶解后,坩埚内容物全部洗入装有5ml5M硫酸的50ml容量瓶中,定容、混匀、过滤,为待测液,塑料瓶中储藏。 植株全硅快速提取法:称取过60目筛的烘干样0.10xxg,于50ml聚丙烯塑料管中,加5ml 40%(10N)氢氧化钠(注意:不能用玻璃容器配制氢氧化钠溶液,否则会造成空白增加),5ml 水,混匀,灭菌锅中121℃保持20分钟,取出,加5M硫酸5ml中和,加水到40ml,混匀待测。 3、测定(钼蓝法):取植株消煮液2ml(视含量,20-120ug)及空白液,于50ml容量瓶中,加水到15ml左右,加2滴2,4二硝基酚指示剂,用1N 氢氧化钠和0.3M硫酸调整到微黄,混匀,放置15-20分钟,加0.3M硫酸、5%钼酸铵各5ml,摇匀,放置5分钟,加5%草酸、1.5%Vc各5ml,定容,20分钟后700nm比色。 4、标准曲线: 以1000mg SiO2/L(467mgSi/L)标准溶液,按下表吸取入50ml容量瓶,同上加入试剂测定,最后两行消光值可能大于1,适于线性范围较好的分光光度计用。 SiO2(ppm) 吸取1000mg 标准SiO2/L(ml) 00 20.1 40.2 60.3 100.5 140.7 5、计算:全硅含量(%)=硅浓度(ug/ml)*50ml*取用倍数/重量g/10000 6、试剂 6.1 5M硫酸:取25ml浓硫酸,在搅拌情况下加入到75ml水中。 6.2 硝基酚指示剂:0.2g 2-6-二硝基酚或2-4-二硝基酚溶于100ml水中(饱和)。 6.3 1N 氢氧化钠: 4g氢氧化钠水溶解,定容1000ml,塑料瓶盛放。 6.4 0.3M 硫酸:上述5M硫酸60ml加水定容到1000ml,塑料瓶盛放。 6.5 5%草酸溶液:50g草酸溶于约1000ml热水中,塑料瓶盛放。 6.6 5%钼酸铵溶液:50g钼酸铵溶于约1000ml热水中,塑料瓶盛放。 6.7 1.5%Vc:称取3g Vc溶于200ml 水中,当天配制。 6.8 1000mg/L 标准硅溶液:市场购买。 石英砂熔融方法(NY/T 1121.15-2006)不对 称取经105度除水2小时的分析纯石英砂0.5000g,加无水碳酸钠(分解温度744度)4g,搅匀,1000度熔融5-10分钟,稍冷后放入250ml烧杯中,加玻璃盖,在开口处加热水溶解熔块,之后水中浸泡至完全溶解,无损转移到500ml容量瓶中定容,并尽快转移到塑料瓶中储存。此液浓度为1000mgSiO2/L,可经过不同的稀释,形成工作液。注意,石英砂过量后形成的高浓度硅液在pH 3以下酸性环境中经过一段时间后易形成胶状物,应在其凝聚前稀释

半导体硅材料基础知识.1

微秒是10-6秒)。所谓非平衡载流子是指当半导体中载流子的产生与复合处于平衡状态时,由于受某种外界条件的作用,如受到光线照射时而新增加的电子——空穴对,这部分新增加的载流子叫作非平衡载流子。 对于P型硅而言:新增加的电子叫作非平衡少数载流子;而新增加的空穴叫作非平衡 多数载流子。 对于N型硅而言:新增加的空穴叫作非平衡少数载流子;而新增加的电子叫作非平衡 多数载流子。 当光照停止后,这些非平衡载流子并不是立即全部消失,而是逐渐被复合而消失,它们存在的平均时间就叫作非平衡载流子的寿命。 非平衡载流子的寿命长短反映了半导体材料的内在质量,如晶体结构的完整性、所含杂质以及缺陷的多少,因为硅晶体的缺陷和杂质往往是非平衡载流子的复合中心。 少子寿命是一个重要的参数,用于高能粒子探测器的FZ硅的电阻率高达上万Ωcm,少子寿命上千微秒;用于IC工业的CZ硅的电阻率一般在5—30Ωcm 范围内,少子寿命值多要求在100μs以上;用于晶体管的CZ硅的电阻率一般 在30—100Ωcm,少子寿命也在100μs以上;而用于太阳能电池CZ硅片的电 阻率在0.5—6Ωcm,少子寿命应≥10μs。 5. 氧化量:指硅材料中氧原子的浓度。 太阳能电池要求硅中氧含量<5×1018原子个数/cm3。 6. 碳含量:指硅材料中碳原子的浓度。 太阳能电池要求硅中碳含量<5×1017原子个数/cm3。 7、晶体缺陷 另外:对于IC用硅片而言还要求检测: 微缺陷种类及其均匀性; 电阻率均匀性; 氧、碳含量的均匀性; 硅片的总厚度变化TTV; 硅片的局部平整度LTV等等参数。 一、我公司在采购中常见的几种硅材料 1.Cell:称为电池片,常常是电池片厂家外销的产品,它实际是一个单元电池。 2.Wafer:这通常指的是硅片,可能是圆片,也可能是方片。 圆片包括:硅切片,硅磨片、硅抛光片、图形片、污渍片、缺损片。 3.Ingot:常常指的是单晶硅锭,且是圆柱形的硅锭,也有用指多晶硅铸锭的。 4.Polysilicon:通常是指多晶硅料,它又分为棒料、块料、碎料。 5.碳头料(goods with carbon):通常指多晶硅棒的下部接近石墨头的部分 6.横梁料(beam):通常是指多晶硅棒最上部的横梁,由于其处在硅棒上部,靠近炉 顶部,且过热(生成温度超过1100℃),也常是金属杂质较多的部分,常不 适合于IC工业,而作为太阳电池材料。 7.头尾料(top and tail):这是指拉制单晶锭的头部和尾部的部分,它由于电阻率 范围不在IC适用范围内,杂质浓度高(如尾料),或缺陷密度大(如头部料) 而被切下报废,但可作太阳电池的原料。 8.埚底料(Pot scrap):这是指CZ单晶拉制结束后残留于石英埚底部的余料,常用 作太阳电池片的原料。

水中硅酸盐含量的测定

水中硅酸盐硅含量的测定方法 水中硅的测定有重量法和比色法两种,重量法适用于硅含量较高(20毫克/升以上)的水样,比较精确,但甚繁杂,一般都采用钼酸盐比色法(钼黄法或硅钼蓝法)。 一、原理 在PH值近乎1.2的酸性溶液中,钼酸铵能与活性硅酸盐反应生成黄色的硅钼酸,其成分大致是 SiO2·12MoO3·nH2O。因为硅酸标准溶液配制相当麻烦,加上此硅钼酸溶液的黄色与适当PH条件下铬酸钾溶液的黄色相似,故测定时往往用铬酸钾溶液作永久性标准色阶。 水中磷酸盐也能与钼酸铵反应,生成黄色物质(磷钼酸),对本测定有干扰。加入草酸可促使磷钼酸分解消除干扰,亦可用计算法进行校正。每毫克P2O5应从所测的硅酸数值中减去0.5毫克。 用硫酸酸化可减低单宁(或鞣酸)的干扰。铁离子形成黄色[FeCl6]3-络离子,对本测定也有干扰,但一般水中铁的含量不会超过20毫克/升,对本测定影响极小。 水的混浊与颜色对本测定的干扰,可作重叠比色以抵消灌用磷酸钙胶状沉淀褪色,也可用氧化褪色法消除之。 普通玻璃的主要成分是硅酸盐,用玻璃瓶装试剂与水样,会使溶液中硅酸盐增加。故本法参与钼黄反应的试剂和水样,应尽量用塑料瓶或里面涂蜡的玻璃瓶盛装。 二、试剂 1、10%钼酸铵溶液称取10克分析纯钼酸铵[(NH4)6Mo7O24·4H2O]溶于少量纯水,并稀释到100毫升,若所得溶液混是,可滴加浓氨水直至澄清为止。 2、1:1盐酸将等体积的分析纯浓盐酸与纯水混合。

3、铬酸钾溶液称取(在105℃烘干的)铬酸钾0.630克,溶于纯水中,全部转入1000毫升容量瓶内,并稀释至刻度(T=0.10毫克SiO2/毫升)。 4、1%硼砂溶液称取10克硼砂(Na2B4O7·10H2O)溶于少量纯水中,并稀释到1升。 5、10%草酸溶液称取10克草酸(H2C2O4·2H2O)溶于少量纯水中,并稀释到100毫升。 三、测定步骤 1、水样的处理若水样有色或混浊影响测定时,最好和不吸附硅酸盐的磷酸钙胶状沉淀来褪色。处理如下:在200毫升容量瓶中用移液管加入100毫升水样,加1毫升2.5%磷酸二氢钠溶液,摇匀,再加1毫升10%氯化钙溶液和1毫升2.5%氢氧化铵溶液。用纯水将溶液稀释到刻度,混匀后静置20分钟,用干滤纸过滤,取滤液50毫升(相当于25毫升水样)进行分析。 若用上述方法尚不能使水样褪色,则可进一步将滤液氧化:在100毫升滤液中,加数毫升1:1盐酸和少许固体过硫酸铵,加热煮沸至溶液颜色褪去。若还不褪色,可再加少许过硫酸铵再煮沸。待溶液冷却后,取50毫升此溶液进行比色。 2、色阶的配标准制取8支50毫升比色管分别按下表加入铬酸钾溶液,并在各管中分别加入25毫升硼砂溶液,用纯水稀释到50毫升,充分摇匀。放置5-10分钟,加1.5毫升草酸溶液(若确知没有磷酸盐则可不加),充分摇匀。放置2分钟后,即与模拟标准色阶进行目视综合比色,15分钟内要比色完。 四计算 硅酸盐(毫克SiO2/升)= V S/V x*C S*f 式中:V S、C S为等色时标准管的体积(毫升)及浓度(毫克SiO2/升); V x为等色时水样管的体积(毫升); f为水样的体积校正因数。

硅中的杂质

硅中的杂质(三) 定向凝固可以完全消除金属杂质吗? 说到硅中金属杂质的去除,许多从事过冶金法或物理法提纯多晶硅的人都认为,通过定向凝固就可以把金属杂质“消除殆尽”,这是不错的。 不过,“殆尽”是“接近没有”的意思。这个“殆”字,到底指接近到什么程度,却值得认真探讨探讨。 如果降金属杂质从2000ppm除到10个ppm,只剩下十万分之一,在通常的意义上,可以说基本没有了,但这并不能满足太阳能电池的需要。如果消除到1个ppm ,更可以说接近没有了,但实际上,有些金属杂质哪怕只有0.2ppm,也一样会使材料无法达到正常的太阳能电池的参数。因此,仅仅靠定向凝固,对金属杂质的去除作用是有限的。 许多人认为,只要将定向凝固多做几次,就可以把金属杂质去除干净。实际上,哪怕进行一百次定向凝固,也不会将金属杂质无限度的减小。这与化学反应的情形一样,当杂质的含量小到了一定的程度,应当 进行的反应往往就不进行了,同样地,分凝作用也不是那么明显了。如果读者有耐心从化学动力学和量子 力学的角度去分析一下,就可以明白为什么会这样了。 真空熔炼时的物理化学反应 物理法的冶炼与化学法最大的区别是,化学法的提纯环节是对三氯氢硅通过分馏的方式进行气体提纯的,而硅则是在固体或液体状态下提纯的。而无论是固体还是液体,都属于凝聚态,凝聚态的原子之间的相互 作用要比气体中的分子或原子间的作用强大和复杂得多,其中的化学键也比较牢固,想破坏这些结合键, 并不是那么容易的事情,而当杂质的含量很低很低的时候,这些键不可能像通常的分子那样形成完整的化 学键,因此提纯的难度是更大的。 通常希望采用一些添加剂,将杂质从其与硅的结合中“抢夺”过来,成为新的化合物,形成更加容易挥发或沉淀的物质,从而比较容易从硅中分离。在炉外精炼时时这样,在真空熔炼时也是这样。而真空熔炼由 于沉淀物不易去除,所以通常采用通入气体与杂质反应,然后挥发的方式。

硅碳负极研究发展现状

(姜玉珍山东青岛青岛华世洁环保科技有限公司) 锂离子电池以能量密度高、循环寿命长和对环境友好等优点正在逐步取代镍氢电池,成为最有前途的储能装置。特别在最近几年,随着新能源汽车、便携式电子产品的高速发展,锂离子电池得到了更广泛的关注和更为深入的研究。 负极材料是锂离子电池的重要组成部分,它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。未来的锂离子电池负极材料必须向高容量方向发展,才能解决现有电池能量密度低的问题。硅材料是一种具有超高比容量(理论容量4200 mAh/g)的负极材料,是传统碳系材料容量的十余倍,且放电平台与之相当,因此被视作下一代锂离子电池负极材料的首选。 然而,纯硅在充放电过程中会发生巨大的体积变化(体积膨胀率300%),导致其粉化,进而影响到电池的安全性。另一方面,纯硅的电子导电率较低,很难提升锂离子电池的大电流充放电能力。针对上述两方面问题,国内外学者展开了大量的研发工作,本文就硅碳负极的研究发展现状进行综述。 1、硅碳负极目前存在的主要问题 在锂离子电池首次充电过程中,锂离子嵌入硅碳负极造成硅的体积膨胀,放电时,随着锂离子的脱出,硅碳负极体积收缩,硅的这种体积上的变化会产生大量的不可逆容量损失。造成首次放电效率低。随着充放电循环次数的增加,硅的体积膨胀会使得初次形成的SEI膜不断遭到破坏,同时体积膨胀会露出新鲜的负极表面,新鲜表面又会与电解液、锂离子反应再次形成SEI膜,如此循环往复,锂离子电池的容量不断降低,循环衰减严重,导致寿命降低。此外,纳米级的硅粉价格较高,硅碳负极成本问题也是制约其发展的又一因素。针对首次效率低、循环容量衰减严重的问题,专家学者们通过复合改性、纳米化等各种方式进行研究。 2、硅碳负极制备方法 、静电纺丝 吉林师范大学的曲超群等人通过静电纺丝制备出了硅碳负极粉料。其过程为:将PVP溶于乙醇制备L的溶液,按照Si:PVP=1:5加入硅粉,磁力搅拌、超声分散均匀,以静电纺丝方式制备前驱体,所得纺丝前驱体在马弗炉中以5 ℃/min的速率升温至230℃预氧化30 min,然后置于通有氩气保护的管式炉中650℃烧结7 h随炉冷却后即得Si/C复合材料。材料首次放电容量为g,库伦效率%,第20次循环时材料的放电容量仍能够维持在 mAh/g。 图1、Si/C 复合负极材料在倍率下的充放电曲线但是,该材料的倍率特性较差,将放电倍率提高到到,材料的放电容量为 mAh/g。再次变换充放电倍率至时,材料的放电容量仅为mAh/g。 、高温裂解沥青 西安建筑科技大学的栾振星等人通过高温裂解沥青的方式制备出了硅/碳/碳纳米管复合材料。该方法是将碳纳米管浸入H 2 SO 4 /HNO 3 溶液中震荡搅拌12H,空气中高温处理4H,将纳米硅、碳纳米管放入甲苯超声分散,然后将其按比例倒入溶于甲苯的沥青溶液中,搅拌均匀后真空

硅酸盐中二氧化硅含量的测定

硅酸盐中二氧化硅含量的测定 氟硅酸钾容量法 实验原理:测定二氧化硅的氟硅酸钾法,是根据硅酸在有过量的氟离子和钾离子存在下的强酸性溶液中,能与氟离子作用生成氟硅酸离子SiF 6 2- ,并进而与钾离子作用生成氟硅酸钾(K2 SiF 6 )沉淀。该沉淀在热水中定量水解生成相应的氢氟酸,因此可以用酚酞作指示剂,用NaOH 标准溶液来滴定至溶液呈微红色即为终点。其反应方程式如下:SiO32- + 6F- + 6H+SiF62- + 3H2O SiF62- + 2K+K2 SiF6 K2 SiF6 + 3H2 O 2KF + H 2 SiO3+ 4HF 4HF + NaOH NaF + H2 O 在上述反应中,一个摩尔的SiO32- 转变为四个摩尔的HF ,而HF 与NaOH 反应的摩尔比是1:1 ,由此可知,被测物SiO2 与NaOH 是按1:4 的摩尔比进行化学计量的,即所消耗的每一摩尔的NaOH 仅相当于四分之一摩尔的SiO2,按此关系计算SiO2 的含量。 要使反应进行完全,首先应把不溶性的二氧化硅或不溶性的硅酸盐变为可溶性的硅酸;其次要保证溶液有足够的酸度;还必须有足够的氟离子和钾离子存在。 在水泥分析中,对可溶于酸的样品如普通水泥熟料,纯熟料水泥

以及不含酸性混合材料的各种硅酸盐水泥和矿渣水泥等,可以直接用酸分解。对于不能用酸分解的试样,多采用碳酸钾作熔剂,熔融后再进行分解。其中用硝酸分解试样比用盐酸好些,因用硝酸分解样品不易析出硅酸盐凝胶,同时由于在浓硝酸介质中氟铝酸盐比在同体积的浓盐酸介质中的溶解度大的多,可以减少铝离子的干扰。溶液的酸度应保持在3mol·L -1 左右,过低易形成其它盐氟化物沉淀而干扰测定,但酸量过多会给沉淀的洗涤与中和残余酸的操作带来麻烦,亦无必要。所用的硝酸应一次加入,预防析出硅胶,使测定结果偏低。 氟硅酸钾沉淀完全与否,和溶液体积的关系不是太大,一般在80mL 以内均可得到正确的结果。但在实际操作中,保持在50mL 左右,温度低于30℃以使氟硅酸钾沉淀的反应进行完全。但是当溶液中铝离子的浓度较高时,则易生成难溶性的氟铝酸钾沉淀,这不仅使过滤缓慢,且往往引起分析结果偏高,为消除铝的影响,在能满足氟硅酸钾沉淀完全的前提下,适当控制氟化钾的用量。在一般情况下,于50 ~60mL 溶液中含有50 mg 左右的二氧化硅时,加 1 ~1 .5g 氟化钾已足够。 在一般情况下,沉淀用5% 氯化钾水溶液洗涤2 ~3 次,并控制洗涤液的体积在20 mL 左右,不致引起氟硅酸钾产生明显的水解。如夏天温度较高,可改用5% 氯化钾—25% 乙醇溶液洗涤沉淀。 洗涤过的沉淀在滤纸上放置的时间对测定结果无影响,因此可同时进行几个样品的过滤和洗涤,但中和残余酸时应逐个进行。

硅材料基础知识

硅材料基础知识 主要内容: 一、概述 二、硅的结构、分类与来源 三、硅的物理性质 四、硅的化学性质 五、硅的物理参数及测量 六、硅的应用及注意事项

一、概述 硅材料的基础知识,课程包括较多,有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识;内容较多,如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P-N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。这里只介绍半导体材料的最基本的内容。 1、材料按导电性能划分,可分为:导体、绝缘体、半导体三类。 导体——容易导电的材料。如各种金属、石墨等。一般的,电阻率<0.2Ω〃cm 绝缘体——很难导电的材料。如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。一般的,电阻率>20000Ω〃cm 半导体——介于两者之间的材料。如Si、Ge、GaAs、ZnO等,它具有一些独特的性质。 注:a、金属靠电子导电,溶液靠离子导电,半导体导电靠电子或空穴导电。 b、空穴就是电子的缺少。 2、半导体材料,按组成结构可分为:元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。 3、半导体器件对材料的要求: 3.1禁带宽度适中(一般0.5~1.5电子伏,硅是1.08) 3.2载流子迁移率高(一般1000~5000cm2/V〃s) 3.3纯度高 3.4电阻率要求可靠、均匀(一般0.001~100000 ,硅本征2.3×105) 3.5晶体的完整性

二、硅的结构、分类与来源 1、硅的原子理论 1.1元素周期表中,第三周期、第IVA 族元素,原子序数14,原子量28 电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为+4价(+2价) 1.2硅有三种同位素28Si :9 2.21%、29Si :4.70%、30Si : 3.09%、 1.3晶体结构:金刚石结构(正四面体),原子间以共价键结合。由于外围电子全部形成共价键,结合力较强。可画出硅的共价键结构示意图。 〃 〃 2、硅的分类 2.1按纯净度划分:粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅 2.2按晶体结构分:单晶硅、多晶硅 单晶硅:在晶体中,组成的原子按一定规则呈周期性排列。 多晶硅:由许多不同方位的单晶组成。 2.3按导电类型划分:N 性、P 型 2.4按硅的形状划分:粉状、粒状、块状、棒状、片状等。 2.5按应用领域划分:太阳能级、电子级、航天级 2.6按制造方法划分:原硅、拉晶硅、冶金硅等。 2.7按实际应用划分:各个厂家均不同。 Si Si Si Si Si Si Si

清华大学硅碳负极方面的研究

清华大学关于硅碳复合负极材料方面的专利汇总 清华大学化学工程系魏飞教授关于硅碳负极方面的专利在soopat或佰腾专利搜索只能检索到一篇(201510395054.7),且还未授权,其专利大致情况如下所示: 该硅碳复合材料是一种核壳结构,其中以硅或其氧化物为核,石墨烯为壳的亚/微米颗粒,所得材料的粒径尺寸在0.05-15um之间,石墨烯的重量占核壳结构颗粒总重量的1-8wt%,且核壳结构的比表面积等于或小于原始硅或其氧化物颗粒的比表面积。制备的复合材料宏观形貌为球形、棒状、片状、不规则多面体形状。其制备方法包括如下步骤: 1)在常温下,将含碳粘合剂(如直连、直链淀粉、葡萄糖、多羟基醇)溶于去离子水中,持续搅拌并缓慢加热至50-100℃,保持恒温1-6小时,得到粘性液体; 2)将粒径为0.1um-10um的硅或其氧化物颗粒加入到步骤1)所制备的粘性液体中,搅拌得到固含量为30-60wt%悬浊液浆料; 3)将步骤2)得到的浆料进行喷雾造粒,得到粒径分布在50-300um之间的多孔球形颗粒,即二级结构颗粒; 4)将步骤3)得到的二级结构颗粒填充到流化床中,在惰性气氛中加热至反应温度700-1000℃,然后通入碳源(如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、甲苯、苯等),惰性气体和碳源的总空速为500-900 h-1,保持碳源与惰性气体的体积比在0.5-2之间,进行化学气相沉积,反应时间为20-60min,得到粒径尺寸为0.05-15um的石墨烯包覆的硅或其氧化物核壳结构。 清华大学材料系黄正宏教授有一篇关于硅碳负极方面的专利(200910082897.6)。该专利的大致情况如下所示。 该复合负极材料由基体和均匀分布其中的颗粒组成,其中颗粒是一种具有纳米尺寸的核壳结构颗粒;所述纳米颗粒的核为纳米硅,壳为有机物热解得到的无定型碳,所述的基体是高压静电电纺制备的有机纤维热解碳化后得到的,为不规则多孔洞的无定型碳网络结构。其大致步骤如下:

实验四 FTIR测定硅材料中的碳氧含量(定量分析)实验指导书

实验四 FTIR 测定硅材料中的碳氧含量(定量分析) 一. 实验目的 1、 理解傅里叶红外光谱测试定量方法的原理; 2、 掌握FTIR-650红外光谱仪的基本结构和使用方法; 3、 学会FTIR-650红外光谱仪测试硅材料中碳氧含量的方法; 二. 实验仪器 FTIR-650型傅立叶变换红外光谱仪,标准硅样品,多个测试硅样品等 三. 实验原理 单晶硅材料可以用于制造太阳能电池、半导体器件等,由于其应用领域的特殊性要求其纯度达到99.9999%甚至更高。在单晶硅生产过程中由原料及方法等因素难以避免的引入了碳、氧等杂质,直接影响了单晶硅的性能,因而需对单晶硅材料中的氧碳含量进行控制。 红外光谱可用于定性分析,获取分子结构、振动能级等相关信息。实际上,红外光谱还可用于定量分析,可以对混合物中各组分进行相对含量的测定,其基本原理就是对比吸收谱带的强度。对处于一定状态的物质和其中的各种组分,所吸收的红外光的频率是固定的,并且存在一个规律,就是吸收率与组分的浓度和光程(红外光在样品内经过的路程)成正比,这就是红外光谱进行定量分析的基本原理。对于不同频率的红外光,硅片的透过率是不同的,这是因为硅晶格和其中所含杂质种类和浓度不同(如氧和碳等),所以红外光的吸收率是不同的。因此对单晶硅材料中的氧碳含量的测试可以采用红外光谱的定量分析来完成。 红外光谱法进行定量分析的理论基础是比尔-兰勃特定律,即当红外光源通过样品时,由于样品的共振吸收,使用入射光的强度减弱,这种入射光强度的减弱与可见光的吸收本质是一样的,也可以用光吸收定律表示: Kb e I I -=0 0/I I T = cb K Kb I I T A 00)/lg()/1lg(==== 其中T 为样品对红外光的透过率,A 为样品的吸收率, b 为样品厚度,c 为组分的浓度,K 为待测样品的吸收系数,与待测物质的浓度成正比,K 0为物质的吸光系数,有如下关系K=K 0c 。对于不同碳、氧含量的硅片(c 不同),不同区域的红外光的吸收率是不同的。 硅晶体中处于填隙位置的氧原子与临近的两个硅原子形成硅氧键,硅氧键的振动引起红

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