收稿日期:2008209211 3基金项目:韩山师范学院青年科研基金资助项目(0503) 作者简介:陈城钊(1975— ),男,广东潮州人,讲师,硕士.第2卷 第4期 材 料 研 究 与 应 用 Vo1.2,No.42008年12月 MA TERIAL S RESEARCH AND APPL ICA TION Dec .2008 文章编号:167329981(2008)0420450205 优质纳米晶硅薄膜的低温制备技术及其 在太阳能电池中的应用进展3 陈城钊1,邱胜桦1,刘翠青1,吴燕丹1,李 平1,余楚迎2,林璇英1,2 (1.韩山师范学院物理与电子工程系,广东潮州 521041;2.汕头大学物理系,广东汕头 515063) 摘 要:纳米晶硅薄膜是集晶体硅材料和氢化非晶硅薄膜优点于一体,可望广泛应用于薄膜太阳能电池、光存储器、发光二极管和薄膜晶体管等光电器件的一种新型功能材料.本文综述低温制备优质纳米晶硅薄膜技术的研究进展及其在薄膜硅太阳能电池上的应用.关键词:纳米晶硅薄膜;太阳能电池;低温制备;进展中图分类号:TM914.4 文献标识码:A 纳米晶硅(nc 2Si ζH )薄膜就是硅的纳米晶粒镶嵌在a 2Si ζH 网络里的一种硅纳米结构.由于它具 有较高的电导率(10-3～10-1Ω-1?cm -1)、宽带隙、高光敏性、高光吸收系数等优良的光电特性而引起学术界的重视.纳米晶硅薄膜同时具备宽带隙和高电导这两种太阳能电池窗口材料所需的优良性质,现已成为研究探索的热门纳米薄膜材料 [1] .除用于 制备薄膜太阳能电池外,在发光二极管、光存储器、隧穿二极管、薄膜晶体管以及单电子晶体管等光电器件方面也有潜在应用 [2] . 1 低温制备纳米晶硅薄膜的技术 为了制备适用于以玻璃为衬底的太阳能电池的 纳米晶硅薄膜,近年来发展了低温(<450℃)制膜技术.按成膜过程可分为两大类:一类是先制备非晶态材料,再固相晶化为纳米晶硅;另一类是直接在玻璃衬底上沉积纳米晶硅薄膜[2] . 1.1 固相晶化法 固相晶化(SPC )法的特点是非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度.低造价太阳能电 池的纳米晶薄膜,一般以廉价的玻璃作衬底,以硅烷气为原材料,用PECVD 法沉积a 2Si ∶H 薄膜,然后再用热处理的方法使其转化为纳米晶硅薄膜.这种方法的优点是能制备大面积的薄膜,可进行原位掺杂,成本低,工艺简单,易于批量生产.常规的高温炉退火、金属诱导晶化、快速热退火、区域熔化再结晶等都属于固相晶化法.1.1.1 常规高温炉退火 该方法是在氮气保护下把非晶硅薄膜放入炉腔内退火,使其由非晶态转变为纳米晶态[3].非晶硅晶化的驱动力是晶相相对于非晶相较低的G ibbs 自由能.固相晶化过程主要由晶核的形成及晶核长大两步完成.形核率和生长速率都受温度的影响,所以纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸受温度的影响很大.晶硅薄膜的晶粒尺寸除受温度的影响外,与初始非晶硅膜的结构状况也有密切的关系.有研究者采用“部分掺杂法”来增大晶粒尺寸,即在基底上沉积两层膜,下层进行磷掺杂,作为成核层,上层不掺杂,作为晶体生长层,退火后可获得较大的晶粒[4].1.1.2 金属诱导晶化 金属诱导晶化就是在非晶硅薄膜上镀一层金属
释义 纳米硅指的是直径小于5纳米（10亿（1G）分之一米）的晶体硅颗粒。纳米硅粉具有纯度高， 粒径小，分布均匀等特点。比表面积大，高表面活性，松装密 度低，该产品具有无毒，无味，活性好。纳米硅粉是新一代光 电半导体材料，具有较宽的间隙能半导体，也是高功率光源材 料。由硅材料国家重点实验室苏州研制中心研发并且量产的纳 米硅颗粒，具有纯度高、分散性能好、粒径小、分布均匀，比 表面积大、高表面活性，松装密度低，活性好，工业化产量大 等特点。纳米硅-Si-001可以与石墨、碳纳米管等复合，制成 锂离子电池的负极材料，可以提高锂离子电池的容量及循环次 数，延长使用寿命。是新一代光电半导体材料，具有较宽的间隙能。 物性参数 应用 1、用纳米硅粉做成纳米硅线用在充电锂电池负极材料里，或者在纳米硅粉表面包覆石墨用做充电锂电池负极材料，提高了充电锂电池3倍以上的电容量和充放电循环次数； 2、纳米硅粉用在耐高温涂层和耐火材料里； 3、纳米硅可以应用到涂料中，形成硅纳米薄膜，被大量应用到太阳能上面； 4、纳米硅粉与金刚石高压下混合形成碳化硅---金刚石复合材料，用做切削刀具。 5、替代纳米碳粉或石墨，作为锂电池负极材料，大幅度提高锂电池容量
下一代电池:硅阳极电池 美国佐治亚理工学院Gleb Yushin副教授利用高温管式炉对碳黑纳米颗粒进行退火处理，得到枝状结构，再通过化学气相沉积制备出粒径小于30 nm的硅纳米球，并附着在碳枝状结构上。用石墨碳作为导电粘合剂，将硅碳复合物自组装成带有外部开口、内部互连孔道结构的直径在10-30 μm 的小球（见附图），即可用作电池阳极材料。硅碳复合物小球的孔道既可以允许锂离子快速进入从而提高充电速度，也可以为硅的膨胀和收缩提供空间而不致使阳极破裂。碳枝状结构以及硅纳米球的大小决定了复合物中孔道的尺寸。改变反应时长及压力，可调整硅球的尺寸。在小型纽扣电池上的测试显示，该新阳极的容量是石墨阳极理论容量的五倍多。 通过自下而上的自组装方法，克服了硅基电池阳极的不足，而且这种操作简便、成本低廉的工艺易于规模放大，并与现有电池制造工艺兼容
纳米碳酸钙 纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙。标准的名称即超细碳酸钙。纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性和透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性和高干燥性。纳米碳酸钙在树脂型油墨中作油墨填料，具有稳定性好，光泽度高，不影响印刷油墨的干燥性能．适应性强等优点。 北方最大的纳米碳酸钙生产基地 盖尔克斯（Gerks）年产纳米碳酸钙系列产品12万t，其中纳米碳酸钙5万t，纳米碳酸钙助剂2万t，亚纳米碳酸钙3万t，造纸涂布碳酸钙2万t。产品广泛应用于各种胶黏剂、PVC软硬制品、电线电缆、涂料、油墨、造纸、医药等工业领域。 纳米碳酸钙的应用范围纳 米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。 造纸业是纳米碳酸钙最具开发潜力的市场。目前，纳米碳酸钙还主要用于特殊纸制品，如女性用卫生巾、婴儿用尿不湿等。纳米活性碳酸钙作为造纸填料具有以下优点：高蔽光性、高亮度、可提高纸制品的白度和蔽光性；高膨胀性，能使造纸厂使用更多的填料而大幅度降低原料成本；粒度细、均匀，制品更加均匀、平整；吸油值高、
能提高彩色纸的预料牢固性. 纳米碳酸钙在涂料工业作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点。纳米级超细碳酸钙具有空间位阻效应．在制漆中，能使配方中密度较大的立德粉悬浮，起防沉降作用．制漆后，漆膜白度增加，光泽度高，而遮盖力却不降低，主要用于高档轿车漆。 橡胶工业纳米碳酸钙的主要应用市场之一。添加钠米碳酸钙的橡胶，其硫化胶升长率、撕断性能、压缩变形和耐屈性能，都比添加一般碳酸钙的高。加入用树脂酸处理的纳米碳酸钙后，有的豫胶制品撕裂强度提高4倍以上纳米碳酸钙在饲料行业中可作为补钙剂，增加饲料含钙量；在化妆品中使用，由于其纯度高、白度好、粒度细，可以替代钛白粉。 纳米活性碳酸钙的工业制备方法。该方法在一定浓度的Ca(OH)2的悬浮液中通入二氧化碳气体进行碳化。通过对Ca(OH)2悬浮液的温度、二氧化碳气体的流量控制碳酸钙晶核的成核速率；在碳化至形成一定的晶核数后，由晶核形成控制转化为晶体生长控制，此时加入晶形调节剂控制各晶面的生长速率，从而达到形貌可控；继续碳化至终点加入分散剂调节粒子表面电荷得均分散的立方形碳酸钙纳米颗粒；然后将均分散的立方形纳米碳酸钙颗粒进行液相表面包覆处理。所获得的纳米活性碳酸钙粒子在25～100nm之间可控，立方形，比表面大于25m2/g，粒径分布GSD为1.57，吸油值小于28g/100gCaCO3，且无团聚现象。所获得的产品性能优异，可作为高档橡胶、塑料以及汽车底漆中的功能填料。
制备硅纳米晶体新的有效方法 作者：Belle Dumé，李清旭译 引用网址：https://www.doczj.com/doc/ab511781.html,/eprint/abs/1999.html 相关网址：https://www.doczj.com/doc/ab511781.html,/articles/news/8/10/14/1 摘要/内容： 美国Minnesota 大学的工程人员发明了一种室温下在等离子体中制造硅纳米颗 粒的新方法。新方法解决了现有的基于等离子体的制备方法中的问题，可以制 造出尺寸相同的纳米颗粒。研究人员说这种晶体颗粒可以用到新的电子器件中，譬如说单个纳米颗粒晶体管(A Bapat et al. 2004 https://www.doczj.com/doc/ab511781.html,/abs/physics/0410038)。 相对于非晶态（无定型）硅来说，晶态硅有许多好的特性，可以用于高速电子 学（high-speed electronics）中，不过现有的等离子体合成技术（plasma synthesis techniques）总是得到非晶态（无定型）硅。并且得到的纳米颗粒 或者存在很多缺陷，或者尺寸变化范围很大。 Uwe Kortshagen和他的同事们所发展的新技术没有这些缺点，可以得到真正意 义上的无缺陷晶态纳米颗粒，并且颗粒的尺寸只在一个较小的范围内变化。 Kortshagen和合作者在一个窄的约23厘米长的石英管里注入95%的氦和氩以及5%的硅烷（SiH4），然后他们在距基电极10厘米距离的环状电极上加上一个13.56兆赫200瓦的功率,可以得到不稳定的由明亮的等离子体滴构成的细丝状的等离子体。现有的等离子体合成法使用稳定均匀的等离子体。
等离子体中的高能电子使硅烷分解得到硅原子，并且重组得到硅颗粒。利用透射电子显微镜（TEM）可以发现得到的纳米颗粒尺寸介于20-80纳米之间，并且主要呈立方体形状。 “现在，我们还没有完全明白晶体硅的形状为什么这么好，或者为什么会形成晶体。”Kortshagen 告诉 PhysicsWeb，“不过，我们相信细丝状的等离子体起到了重要作用，它把硅颗粒加热到比周围气体高几百度的温度，颗粒中的原子可以进行自我调节，找到一个能量有利的形态。” 研究人员现在希望把这种方法推广到其他像砷化镓，氮化镓这些有商用价值的材料的制备中。
晶硅光伏发电与薄膜光伏发电对比报告 1、单位面积建设光伏发电电站容量对比。 相同的一万平米屋顶面积，薄膜光伏发电电站所建电站容量为0.7MW左右,晶硅光伏发电电站所建电站容量为1MW左右。为此，从单位面积建设电站容量来讲，薄膜光伏发电容量偏弱。 2、安装范围及前瞻性对比 薄膜光伏发电系统安装安装范围更广，可以适用于光伏建筑一体化，类似于玻璃幕墙，晶硅光伏发电由于组件笨重，硅片易碎，安装范围大大缩小，薄膜光伏发电组件是趋于第二代光伏组件产品，目前国外技术都在致力于研究发展薄膜光伏，且汉能并购了国外两大先进技术的薄膜公司，国内今后几年，最先进薄膜技术将由汉能发起内里光伏发电技术革命。 3、组件衰减及重量对比 目前晶硅光伏组件实际衰减较快，理论上晶硅光伏组件宣传25年总衰减率为20%，但实际前三年衰减率就超过了10%，品质质量严重偏差，相同面积组件重量偏重，实际寿命只有十年左右；为了第二代光伏发电产品，薄膜组件在衰减性方面远远超过了晶硅光伏组件产品，实际组件寿命更长。 4、单位面积投资成本对比 目前人们对晶硅光伏发电产生了一个误区，认为多晶硅光伏系统单位面积光电转化效率高于薄膜光伏组件单位面积的转化率，但实际
这个光电转化率作用对于投资回报这块无太大作用。举例说明一下，1万平方米屋顶光伏电站多晶硅光伏系统可装机容量为1MW，薄膜装机容量为0.7MW，1万平方米多晶硅光伏系统总造价为950万，薄膜光伏系统总造价为756万，由此可见，单位面积电站投资多晶硅反而更高（多晶硅光伏电站IRR为8-10%，薄膜光伏电站IRR为8-10%）。 5、弱光性对比 多晶硅光伏发电系统要在一定光强条件下才能运行发电，一般在阴雨天整个发电系统处于停止阶段，而薄膜光伏发电系统对于阳光吸收范围更广，400-1100纳米的光强都能转换为电能，弱光性好，在一般的阴雨天都能运行发电，为企业单位提供一定电能，多晶硅光伏系统在阴雨天则提供不了一定电能，单位功率的光伏电站年发电量比多晶硅光伏电站高20%左右。 6、发电量对比 单位功率相同情况下，晶硅与薄膜发电量是大致相同的，年均 1MW发电量约为95万度电。 为此，投资光伏电站多晶硅反而投资金额量大，风险很大，作为示范性项目，选着薄膜光伏电站是最合适的选择。
纳米硅指的是直径小于5纳米（10亿（1G）分之一米）的晶体硅颗粒。 编辑本段纳米硅粉 纳米硅粉具有纯度高，粒径小，分布均匀等特点。比表面积大，高表面活性，松装密度低，该产品具有无毒，无味，活性好。纳米硅粉是新一代光电半导体材料，具有较宽的间隙能半导体，也是高功率光源材料。 主要用途： 可与有机物反应，作为有机硅高分子材料的原料 金属硅通过提纯制取多晶硅。 金属表面处理。 替代纳米碳粉或石墨，作为锂电池负极材料，大幅度提高锂电池容量编辑本段纳米硅防水剂 一、性能特点 白色乳液，无毒，无刺激味,不燃烧，PH值12，密度1.15～1.2。用于砖瓦、水泥、石膏、石灰、涂料、石棉、珍珠岩、保温板等基面上具有优异的防水抗渗效果。有防止建筑物风化、冻裂及外墙保洁、防污、防霉、防长青苔之功能；质量可靠，耐久性好，耐酸碱，耐候性优良，对钢筋无锈蚀，且使用安全，施工方便。砂浆抗渗性能≥S14，混凝土抗渗性能≥S18。技术性能符合JC474－1999[砂浆、混凝土防水剂]标准及JC/T902-2002标准 二、使用方法 1、喷涂施工： 使用前先将基面清理干净（特别是油污、青苔），将纳米硅防水剂加8倍清水搅拌均匀，用喷雾器或刷子直接在干燥的基面上施工，纵横至少连续两遍（上一遍没干时施工第二遍），对于1:2.5砂浆的毛面，大约可渗透1mm深，有效寿命可达5~10年，每公斤本剂每遍可施工约40~50m2,施工后24小时内不得受雨淋水浸，4℃以下停止施工。常温下干燥后即有优良的防水效果，一周后效果更佳（冬季固化时间较长）。试验表明：固化后的防水试块高温300℃反复锻烧20次及－18℃反复冷冻20次后，防水效果没有明显变化。稀释液现配现用，当天用完。 2、防水砂浆施工： 清理基层泥沙、杂物、油污等，灰砂比控制在1:2.5～3（425＃硅酸盐水泥、中砂含泥量小于3％）；纳米硅防水剂加水8－15倍（体积比）可直接用于配制防水砂浆，水灰比≤0.5，实际净防水剂用量占水泥的3～5％。
工业生产技术的不断革新，给许多新型的产品生产带来可能，其中一种纳米级的碳酸钙颗粒就可运用于多个行业中去。目前主要采用的制作工艺可以分为炭化法、连续喷雾碳化法、超重力碳化法等。我们来一一去进行了解。 制备纳米碳酸钙的方法有物理法和化学法。物理法就是对天然石灰石、白垩石进行机械粉碎而得到。但是粉碎的粒度是有限的，只有采用特殊的方法和机械才有可能达到0.1μm以下。所以生产纳米碳酸钙主要采用化学法。 （一）碳化法 这种制备方法是主要的一种生产方式。将精选的石灰石煅烧，得到氧化钙和窑气。使氧化钙消化，并将生成的悬浮氢氧化钙在高剪切力作用下粉碎，多级旋液分离除去颗粒及杂质，得到一定浓度的精制氢氧化钙悬浮液；然后通入CO2气体，加入适当的晶型控制剂，碳化至终点，得到要求晶型的碳酸钙浆液；再进行脱水、干燥、表面处理，得到纳米碳酸钙产品。 按照碳化过程中CO2气体与氢氧化钙悬浮液接触方式的不同，可将碳化法分为间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法和超重力碳化法，以及在间歇鼓泡碳化法
基础上改进的非冷冻法。该法投资少，易于转化，为国内外大多数厂家所采用。但是这种方法生产效率低、气液接触差、碳化时间长、粒径粗且不均匀。 （二）连续喷雾碳化法 喷雾碳化法是将石灰乳用喷头喷成雾状，从塔顶喷下，将一定浓度的CO2以某一速度从塔底上升，与雾状石灰乳发生反应。对于连续喷雾碳化，则重复进行以上过程，最后可获得粒径小于0.1μm的纳米碳酸钙。该法生产纳米碳酸钙效率高，经济效益可观，并能实现连续自动大规模生产，另外，具有很高的科学性和技术性。但设备投资较大。 （三）超重力碳化法 利用旋转造成一种稳定的、比地球重力加速度高的多的超重力环境，极大地增加气液接触面积，强化气-液之间的传质过程，从而提高碳化速度。同时，由于乳液在旋转床中得到高度分散，限制了晶粒的长大，即使不添加晶形控制剂，也可以制备出粒径为15~30nm的纳米碳酸钙。
第25卷第5期硅 酸 盐 学 报V ol.25,N o.5 1997年10月JO U RN A L O F T HE CHIN ESE CERA M IC SO CIET Y O ct ober,1997 层状氮化硅陶瓷的性能与结构 郭 海 黄 勇 李建保 (清华大学材料科学与工程系) 摘 要 从结构设计的角度出发研究了层状复合Si3N4陶瓷材料。利用轧膜工艺使层内的晶粒、晶须产生定向增韧,通过调整外部层状复合结构得到材料的两级增韧效果,并实验制备了高韧性层状复合Si3N4基陶瓷材料。主层内加入一定量的SiC晶须,层状氮化硅陶瓷的断裂韧性可达到20.11M Pa?m1/2。 关键词 氮化硅,层状复合,晶须,定向 1 前 言 制备高韧性的陶瓷材料,克服陶瓷灾难性的破坏,常用增韧方法的增韧效果非常有限。为了提高增韧效果,降低增韧成本,新的增韧方法的探索是十分必要的。 近年来,国内外学者从生物界得到了启示。贝壳具有的层状结构可以产生较大的韧性这一特点给了我们一些启发,除了从组分设计上选择不同的材料体系以外,更重要的一点就是可以从材料的宏观结构角度来设计新型材料。目前国内外已有人从结构设计的角度出发,开始了层状复合陶瓷材料的探索性研究[1,2]。对于层状复合陶瓷材料来讲,如果把每层看成块体材料的结构单元,则关键的技术问题在于:(1)材料各结构单元的强度、韧性优化;(2)界面结合层的选择及与结构单元的匹配。层状结构单元基本上都是高强硬质的陶瓷材料如氮化硅、氧化铝等,通常是通过流延、干压等工艺方法制备的陶瓷薄片[3,4]。而界面结合层的选择则种类繁多,如石墨、延性金属等,它们对陶瓷薄片起到一定的分隔作用[5]。但总的来说,目前的研究结果并不令人满意,尚未达到单纯块体材料的性能水平。 针对层状复合陶瓷材料的两个关键问题,可以分别进行研究。首先是改善材料结构单元的性能,由于层状复合材料具有明显的各向异性,因此可以设计结构单元具有同样的各向异性性能,如引入可能导致各向性能差异的晶须、纤维、晶种等,并使之按指定方向分布,就有可能在特定方向上得到较高的性能[6],对晶须定向陶瓷材料的各方向的性能差异的研究证实了这一假设。其次是结构单元之间界面的选择,对层状复合陶瓷材料,界面的选择要同时考虑界面的高温性能、与陶瓷薄片的结合性能以及热匹配等多种因素,对不同的基片进行综合考虑,选择合适的界面组分及所占的比例。 1996年7月15日收到。 通讯联系人:郭 海,清华大学材料科学与工程系,北京 100084。 532
非晶硅薄膜及其制备方法研究进展 摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。 关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展 Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related Preparation Method Abstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed. Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress 1 引言 氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。本征a-Si:H薄膜中，一般含有8% ~12%（原子分数）的氢，本征的a-Si材料的带隙宽度Eg约为1.7eV[1-3]。 1976年，美国RCA实验室Carlson和Wronski首次报道了非晶硅薄膜太阳电池[4]，引起普遍关注，全世界开始了非晶硅电池的研制热潮。一般在太阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1。而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱峰值接近，这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。首先非晶硅材料高的吸收系数，非晶硅吸收层的厚度可以小于1μm就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅电池厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料；其次硅基薄膜电池采用低温沉积工艺技术（200℃左右），这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；最后硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成，通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄膜材料，实现pin和各种叠层结构的电池，节省了许多工序，非晶硅薄膜的这些优点都很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究[5-7]。 但是，非晶硅材料自身存在一些问题，由于薄膜内部存在大量的缺陷态(主要是悬挂键)，
纳米碳酸钙入门 盛大科技(上海)纳米技术研究院 ２０１０年9月
1 什么是碳酸钙 碳酸钙在自然界中随处可见 如以上所列钟乳石、石灰石、大理石、汉白玉、冰洲石、珍珠、贝壳、蛋壳等的主要成分都是碳酸钙。
物质。在石灰岩里面，含有二氧化碳的水，渗 入石灰岩隙缝中，会溶解其中的碳酸钙。因此 形成了钟乳石。 碳酸钙遇酸会分解，因此碳酸钙粉体在运 输中应该要防止雨淋、受潮，不得与酸混运；贮存于干燥、阴凉通风的仓库内。 2 碳酸钙的分类 按制备方法不同可分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙。 碳化法制得的碳酸钙称为轻质碳酸钙(简称轻钙，LCC)或沉淀碳酸钙(简称PCC)。 轻钙的粉体特点是： (1) 粒度小，一般平均粒径在数微米以下； (2) 粒度分布窄，可视为单分散粉体； (3) 粒子晶型多样化，应用于不同行业需要不同的晶型。 普通轻钙粒径为1～10 μm ，比表面积为5 m 2/g 左右，一般认为只有填充功能；微细碳酸钙的粒径为0.1～1μm ，比表面积为10～20 m 2/g 左右，具有半补强效能；超细活性碳酸钙粒径为0.01～0.1μm ，比表面积为20～80 m 2/g 左右，具有较高的补强效能。
天然矿物直接经由机械粉碎（研磨法）所得产品，因其比重大于轻钙，故名重质碳酸钙(简称重钙，GCC )。 重钙的粉体特点是： (1)粒子形状不规则； (2)粒度分布比较宽，是多分散体； (3)粒度比轻钙要粗，同样是超细钙，超细重钙的粒度比超细轻钙的粒度级别要相差一级，即超细重钙的粒度只相当于微细轻钙的粒度。此外，重钙还具有价格低廉、容易制取、工厂投资仅为轻钙的1/4～1/3等特点。 活性钙、胶质碳酸钙有什么不同？ 活性钙：又称改性碳酸钙、表面处理 碳酸钙、胶质碳酸钙。用碳酸钙的亲水性 和疏水性来判断是否活化。 活性碳酸钙的特点：粒径小、吸油值 低、分散性好、能补强等。 3 什么是纳米碳酸钙 国内碳酸钙行业是以平均粒径为基础把轻质碳酸钙产品划分为以下五个粒度等级： 微粒碳酸钙，粒径> 5000 nm; 微粉碳酸钙，粒径范围为1000～5000 nm;
氮化硅材料的性能、合成方法及进展 摘要：氮化硅作为一种新型无机材料，以其有良好的润滑性，耐磨性，抗氧化等特性受到广泛的关注和深入的研究。以下对氮化硅的材料的性能、合成方法、意义和进展作简单介绍。 关键词：无机材料；氮化硅；合成方法；性能；进展 1前言 由于科学技术的不断发展需要，科学家们一直在不停顿地寻找适用于苛刻条件下使用的理想的新材料。在层出不穷的大量新材料队伍中，氮化硅陶瓷可算是脱颖而出，十分引人注目，日益受到世界各国科学家们的重视。 2氮化硅的材料的性能\合成方法、意义和进展 2.1氮化硅的性能和应用 氮化硅（Si3N4）是氮和硅的化合物。在自然界里，氮、硅都是极其普通的元素。氮是生命的基础，硅是无机世界的主角，这两种元素在我们生活的世界上无所不在，然而，至今人们还未发现自然界里存在这两种元素的化合物。 氮化硅是在人工条件下合成的化合物。虽早在140多年前就直接合成了氮化硅，但当时仅仅作为一种稳定的“难熔”的氮化物留在人们的记忆中。二次大战后，科技的迅速发展，迫切需要耐高温、高硬度、高强度、抗腐蚀的材料。经过长期的努力，直至1955年氮化硅才被重视，七十年代中期才真正制得了高质量、低成本，有广泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。开发过程为何如此艰难，这是因为氮化硅粉体和氮化硅陶瓷制品之间的性能和功能相差甚远，没有一个严格而精细的对氮化硅粉体再加工过程，是得不到具有优异性能的氮化硅陶瓷制品的。没有氮化硅陶瓷就没有氮化硅如今的重要地位。 2.1.1优异的性能 氮化硅陶瓷的优异的性能对于现代技术经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值。比较突出的性能有： (1)机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性，耐磨。室温抗弯强度可以高达980MPa以上，能与合金钢相比，而且强度可以一直维持到1200℃不下降。 (2)热稳定性好，热膨胀系数小，有良好的导热性能，所以抗热震性很好，从室温到1000℃的热冲击不会开裂。 (3)化学性能稳定，几乎可耐一切无机酸（HF除外）和浓度在30％以下烧碱（NaOH）溶液的腐蚀，也能耐很多有机物质的侵蚀，对多种有色金属熔融体（特别是铝液）不润湿，能经受强烈的放射辐照。 (4)密度低，比重小，仅是钢的2/5，电绝缘性好。
纳米碳酸钙表面改性研究进展 班级：S1467姓名：学号：201421801014 1前言 纳米碳酸钙是指粒径在1~100nm之间的碳酸钙产品。纳米碳酸钙是一种十分重要的功能性无机填料，被广泛地应用在塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域。由于碳酸钙粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变化，产生了普通碳酸钙所不具有的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，显示了它优越的性能。 在塑料加工过程中添加纳米碳酸钙，不仅可以增加塑料制品的致密性，提高使用强度，而且还可以提高塑料薄膜的透明度、韧性、防水性、抗老化性等性能。在造纸工业中，碳酸钙用作造纸填料白度高，可大大改善纸张的性能，由于替代了价格较高的高岭土，使造纸厂获得明显的经济效益。纳米碳酸钙用在高级油墨、涂料中具有良好的光泽、透明、稳定、快干等特性。另外，在医药、化妆品等行业纳米碳酸钙也得到广泛应用，从而开辟了更广阔的应用领域[1,2]。 但是在用作橡胶和塑料制品填料时，由于纳米碳酸钙具有粒度小、表面能高、极易团聚、表面亲水疏油和强极性的特点，在有机介质中分散不均匀，与基料结合力较弱，容易造成基料和填料之间的界面缺陷。因此，为降低纳米碳酸钙表面高势能、调节疏水性、提高与基料之间的润湿性和结合力、改善材料性能，必须对纳米碳酸钙进行表面改性[3]。 2改性方法 目前用于表面改性的方法主要有:局部化学反应改性、表面包覆改性、胶囊化改性(微乳液改性)、高能表面改性及机械改性法[4]。 2.1局部化学反应改性 局部化学反应改性方法主要利用纳米碳酸钙表面的官能团与处理剂间进行化学反应来达到改性的目的。局部化学反应改性主要有干法和湿法两种工艺[5]。湿法是将表面改性剂投入到碳酸钙悬浮液中，在一定温度下让表面改性剂和碳酸钙粉末混合均匀，形成表面改性剂包覆碳酸钙粉末的双膜结构，效果较好，但工艺繁杂。水溶性的表面活性剂较适合湿法改性工艺，因为表面活性剂同时具有亲水基团和亲油基团，亲水基团与碳酸钙有亲和性，亲油基团与橡胶有亲和性，当表面活性剂处于碳酸钙和橡胶之间时，二者紧密地结合，这类水溶性表面活性剂主要是高级脂肪酸及其盐[6]。干法则是直接将碳酸钙粉末与表面改性剂直接投入高速捏合机中进行捏合，简单易行，出料后可直接包装，易于运输出料。这种方法得到的碳酸钙粉末表面不太均匀，适用于对碳酸钙粉末要求不高的场合，但处理方法简单易行，因而得到广泛应用。干法较适合于钛酸脂、铝酸脂、磷酸脂等偶联剂[7]。局部化学反应的改性剂主要有偶联剂、无机物、有机物等。 2.2表面包覆改性[8] 表面包覆改性指表面改性剂与纳米碳酸钙表面无化学反应，包覆物与颗粒之间依靠物理方法或范德瓦耳斯力而连接的改性方法。在制备纳米碳酸钙的溶液中加入表面活性剂，纳米碳酸钙生成的同时，表面活性剂包覆在其表面，形成均匀的纳米颗粒。此种方法可有效改善纳米碳酸钙的分散性。 2.3胶囊化改性 胶囊化改性又称微乳液改性，此种方法是在纳米碳酸钙表面包上一层其他物质的膜，使粒子表面的特性发生改变。与表面包覆改性不同的是包覆的膜是均匀的。 2.4高能表面改性 高能表面改性包括高能射线(γ射线、χ射线等)、等离子体处理几种方法[9]。
氮化硅陶瓷讲解
氮化硅陶瓷及其制备成型工艺 氮化硅（Si 3N4）是氮和硅的化合物。在自然界里，氮、硅都是极其普通的元素。氮是生命的基础，硅是无机世界的主角，这两种元素在我们生活的世界上无所不在，然而，至今人们还未发现自然界里存在这两种元素的化合物。 氮化硅是在人工条件下合成的化合物。虽早在140多年前就直接合成了氮化硅，但当时仅仅作为一种稳定的“难熔”的氮化物留在人们的记忆中。二次大战后，科技的迅速发展，迫切需要耐高温、高硬度、高强度、抗腐蚀的材料。经过长期的努力，直至1955年氮化硅才被重视，七十年代中期才真正制得了高质量、低成本，有广泛重要用途的氮化硅陶瓷制品。开发过程为何如此艰难，这是因为氮化硅粉体和氮化硅陶瓷制品之间的性能和功能相差甚远，没有一个严格而精细的对氮化硅粉体再加工过程，是得不到具有优异性能的氮化硅陶瓷制品的。没有氮化硅陶瓷就没有氮化硅如今的重要地位。 Si3N4是以共价键为主的化合物，键强大，键的方向性强，结构中缺陷的形成和迁移需要的能量大，即缺陷扩散系数低（缺点），难以烧结，其中共价键Si-N 成分为70 %，离子键为30 %，同时由于Si3N4本身结构不够致密，从而为提高性能需要添加少量氧化物烧结助剂，通过液相烧结使其致密化。 Si3N4含有两种晶型，一种为α-Si3N4，针状结晶体，呈白色或灰白色，另一种为β-Si3N4，颜色较深，呈致密的颗粒状多面体或短棱柱体。两者均为六方晶系，都是以[SiN4]4-四面体共用顶角构成的三维空间网络。 在高温状态下，β相在热力学上更稳定，因此α相会发生相变，转为β相。从而高α相含量Si3N4粉烧结时可得到细晶、长柱状β-Si3N4晶粒，提高材料的断裂韧性。但陶瓷烧结时必须控制颗粒的异常生长，使得气孔、裂纹、位错缺陷出现，成为材料的断裂源。 在工业性能上，Si3N4陶瓷材料表现出了较好的工艺性能。（1）机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性耐磨；（2）热稳定性高，热膨胀系数小，有良好的导热性能；（3）化学性能稳定，能经受强烈的辐射照射等等。 晶体的常见参数如下图所示：
氮化硅性能原理 （1）、作为人工合成材料之一的氮化硅陶瓷材料，具有高比强、高比模、耐高温、抗氧化和耐磨损以及抗热震等优良的综合性能，广泛应用于机械、化工、海洋工程、航空航天等重要领域。对多晶材料而言，晶界状态是决定其电性能、热性能和力学等性能的一个极其重要的因素。对于氮化硅陶瓷来说，晶界强度是决定其能否作为高温工程材料应用的关键（2）、由于氮化硅分子的si—N键中共价键成分为70％，离子键成分为30％t引，因而是高共价性化合物，而且氮原子和硅原子的自扩散系数很小，致密化所必需的体积扩散及晶界扩散速度、烧结驱动力很小，只有当烧结温度接近氮化硅分散温度(大于1850℃)时，原子迁移才有足够的速度。这决定了纯氮化硅不能靠常规固相烧结达到致密化，所以除用硅粉直接氮化的反应烧结外，其它方法都需采用烧结助剂，利用液相烧结原理进行致密化烧结（3）、因此，研究烧结助剂对氮化硅陶瓷致密化烧结的影响显得尤为重要。氮化硅陶瓷作为新型的结构材料，受到越来越广泛的重视。 氮化硅工程陶瓷-家电领域 一、材料特性 抗弯强度kg/cm2 1700－2000 1600－1900 2100－2700 2200－2880 抗压kg/cm2 6500－9500 6000－8700 11000－14000 11000－15000 硬度HRA 78－82 76－80 83－85 85－87 热膨胀系数 （1/℃） （20～800℃） 2.3－2.9 x 10-6 2.3－2.9 x 10-6 2.3－2.9 x 10-6 2.3－2.9 x 10-6 摩擦系数 0.1 0.1 0.1 0.1 抗金属熔体浸蚀铝、锌、锡、铅等 适用范围： 适用于机械、化学与耐火材料、军事工业。 已适用情况： 可作为机械密封用的密封件、耐腐蚀泵体、熔融铝液中的热电偶保护管，适用效果良好。 二、企业接产条件 所有的原材料和设备全部国产化，生产线、建筑面积、劳动定员、水、电等随生产规模而定。 三、经济效益分析 该产品是一种新型的高温结构陶瓷材料，特别是注浆成型工艺的关键技术，填补了国内空白，另外，该材料为陶瓷发动机的首选材料，具有一定的社会效益。 前言
摘要氮化硅瓷是一种具有广阔发展前景的高温、高强度结构瓷，它具有强度高、抗 热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性能好等高性能，已被广泛应用于各行各业。本文介绍了氮化硅瓷的基本性质，综述了氮化硅瓷的制备工艺和国外现代制造业中的应用，并展望了氮化硅瓷的发展前景。
Abtract：Silicon nitride ceramic is a broad development prospects of high temperature, high strength structural ceramics, it has high strength, thermal shock stability, high temperature fatigue toughness, high bending strength, wear resistance, oxidation resistance, corrosion resistance and good performance of high performance, has been widely used in all walks of life. This paper introduces the basic properties of silicon nitride ceramics, reviews the fabricating technique of silicon nitride ceramics at home and abroad and modern manufacturing industry in the application, and looks forward to the development prospect of silicon nitride ceramics.
碳酸钙表面活化处理剂与处理技术------活性碳酸钙 碳酸钙粒子是极性的，而树脂为非极性的，二者是难以相容。要想无机粒子碳酸钙均匀地分布到树脂中，并能与树脂的分子链产生较强的亲合力，必须对碳酸钙的表面进行活化处理。目前所用活化剂有表面活性剂。如硬脂酸、偶联剂等，偶联剂有很多呢，如：硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂、酸式亚磷酸脂偶联剂、稀土偶联剂、铝/钛复合偶联剂。还有高分子处理剂。其中用得最多的是铝酸脂偶联剂和铝钛复合偶联剂。偶联剂的用量是与碳酸钙的粒径有关。 活性碳酸钙介绍 现在的碳酸钙企业，大部分的还在沿用最早的活性碳酸钙的表面处理技术，用偶联剂与硬脂酸对轻质碳酸钙的表面进行活化。随着高新技术的发展，有个别的碳酸钙企业在改变原来加工活性碳酸钙的配方，出现了复合改性的活性碳酸钙，他能增加活性碳酸钙的填加量，降低活性碳酸钙使用企业的生产成本。我公司开发的复合改性的活性碳酸钙，明显提高了塑料产品的抗拉强度，降低了塑化的温度，也有利于提高产品的产量。从单独的活性碳酸钙的买入价虽有点提高，但从总体上而言，是降低了塑料产品的制造成本或者说提高了活性碳酸钙用户的产品质量，更便于活性碳酸钙用户调整产品的结构，根据他的用户要求，生产出高、中、低档的产品。如果活性碳酸钙用户不提高他产品的抗拉强度的话，就可以较大幅度的增加活性碳酸钙的填加数量。这也符合上下游产品企业的利益。 纳米碳酸钙应用 纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙。标准的名称即超细碳酸钙。纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。用于汽车内部密封的PVC增塑溶胶。可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。 纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性和透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性和高干燥性。纳米碳酸钙在树脂型油墨中作油墨填料，具有稳定性好，光泽度高，不影响印刷油墨的干燥性能．适应性强等优点。 造纸业是纳米碳酸钙最具开发潜力的市场。目前，纳米碳酸钙还主要用于特殊纸制品，如女性用卫生巾、婴儿用尿不湿等。纳米活性碳酸钙作为造纸填料具有以下优点：高蔽光性、高亮度、可提高纸制品的白度和蔽光性；高膨胀性，能使造纸厂使用更多的填料而大幅度降低原料成本；粒度细、均匀，制品更加均匀、平整；吸油值高、能提高彩色纸的预料牢固性 纳米碳酸钙在涂料工业作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点。纳米级超细碳酸钙具有空间位阻效应．在制漆中，能使配方中密度较大的立德粉悬浮，起防沉降作用．制漆后，漆膜白度增加，光泽度高，而遮盖力却不降低，主要用于高档轿车漆。 橡胶工业纳米碳酸钙的主要应用市场之一。添加钠米碳酸钙的橡胶，其硫化胶升长率、撕断性能、压缩变形和耐屈性能，都比添加一般碳酸钙的高。加入用树脂酸处理的纳米碳酸钙后，有的豫胶制品撕裂强度提高4倍以上
氮化硅 氮化硅，分子式为Si3N4,是一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应(反应方程式：Si3N4+4HF+9H2O=====3H2SiO3(沉淀)+4NH4F），抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1 000 ℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。 【氮化硅的应用】 氮化硅用做高级耐火材料，如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位； 如与BN结合作SI3N4-BN材料，用于水平连铸分离环。SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料，结构均匀，具有高的机械强度。耐热冲击性好，又不会被钢液湿润，符合连珠的工艺要求。见下表 性能AL2O 3 ZrO 2 熔融石英 （SiO2） ZrO2 -MO金 属陶瓷 反应结合 Si3N4 热压 Si3N4 热压 BN 反应结合 SiN4-BN 抗热震性差差好好中好好好 抗热应力差差好好中好好好 尺寸加工精度与易 加工性能 差差好差好差好好 耐磨性好好中好好好好好 耐侵蚀性好好差好好好好 相对分子质量140.28。灰色、白色或灰白色。六方晶系。晶体呈六面体。密度3.44。 硬度9~9.5，努氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa。熔点1900℃（加压下）。通常在常压下1900℃分解。比热容为0.71J/(g·K)。生成热为-751.57kJ/mol。热导率为 16.7W/(m·K)。线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)。不溶于水。溶于氢氟酸。在空 气中开始氧化的温度1300~1400℃。比体积电阻，20℃时为1.4×105 ·m,500℃时为4×108 ·m。弹性模量为28420~46060MPa。耐压强度为490MPa（反应烧结的）。1285摄式度时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙，600度时使过渡金属还原，放出氮氧化物。 抗弯强度为147MPa。可由硅粉在氮气中加热或卤化硅与氨反应而制得。可用作高温陶瓷原料。 氮化硅陶瓷材料具有热稳定性高、抗氧化能力强以及产品尺寸精确度高等优良性
BI YE SHE JI （二零届） 纳米碳酸钙表面修饰 所在学院 专业班级高分子材料与工程 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月
摘要：单纯的PP树脂是一种较硬的原料。它的熔体粘度大，流动性差，耐低温性、耐冲击性差等，这些缺点都可依靠填充和共混改性得到改善。 纳米碳酸钙具有粒度小、表面能高、表面亲水疏油和强极性的特点，且价格低廉，但在有机介质中分散不均匀，极易团据，与塑料结合力较弱，容易造成塑料和填料之间的界面缺陷。未经表面处理的纳米碳酸钙团聚现象严重，填充到PP中对复合材料的力学性能产生不良影响。 本实验旨在通过利用偶联剂处理过的纳米碳酸钙利用共混的方法把它填充到PP树脂中，使其熔体粘度降低，实现改性。 关键词：纳米碳酸钙；钛酸酯偶联剂；聚丙烯/碳酸钙复合材料；表面改性
Study on Surface Modification of Calcium Carbonate Abstract：Pure polypropylene resin is a harder material that has some characteristics，such as high Melt viscosity，poor flow properties，poor low temperature performance and poor impact resistance.Although these defects could be improved depends on filling and blending modification with powders. Nano calcium carbonate is the material that has characteristics of low size，high surface energy，strong hydrophobicity and strong polar has low price.However，it is unevenly distributed in organic solvents, easily reunion，and has low interaction with polypropylene plastic,so that it is to cause the interface between the plastic and packing defects.Nano calcium carbonate filled into PP(polypropylene) without surface treatments has Seriously Reunion will be bring negative effects on the mechanical properties of composite materials. This study was designed through the use of coupling agent treated by blending method of nano calcium carbonate filled it to the PP, to enhance the elastic modulus, melt viscosity decreases to achieve modification. Keywords: Nano-CaCO3；Polypropylene／Calcium carbonate Nanocomposites；Coupling agent；organic titanate