纳米硅的研究及应用

纳米硅的研究及应用简介•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。•全文摘要：•一、纳米硅在涂料上的应用•二、面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展•三、纳米硅水泥土抗压强度的正交试验和多元线性回归分析•四、纳米硅基氧化物用于棉织物的抗紫外功能一、纳米硅在涂料上的应用纳米技术在涂料产品中的完美应用，要包括内墙、外墙、抗菌乳胶漆、底漆等几十个品种。产品性能得到大大的提高：纳米特有的双疏性，不粘水，不粘油，耐洗刷达上万次；超强附着力和弹性，不空鼓，不起皮，不开裂；纳米材料紫外线屏蔽功能，大大提高了耐老化性，长久不褪色，使用寿命达十几年；独特的光催化作用、自洁功能，可防霉杀菌，净化空气。根据涂料应用场合：1、外墙涂料若用户需提高涂料的抗老化、耐擦洗、抗沾污性能，对于中高档涂料，建议单用或与结合使用。前者加量为1—5%，后者加量为纳米氧化钛为0.5-3%,纳米硅为0.5—2%，对于中低档涂料，纳米材料加量为1-2%，主要用纳米氧化硅，不用或少用纳米氧化钛。一般而言，在成本允许范围内纳米材料用量尽可能用高的百分比，在对成本有严格控制的情况下，建议客户通过试验确定最佳的纳米材料添加量使之有着很好的性价比。2、内墙涂料若用户对室内空气质量有较高要求时，可用纳米氧化钛或米负离子粉来净化空气，用纳米抗菌材料或用纳米氧化锌来提高抗菌、防霉性能。用户可通过结合使用纳米氧化钛和纳米氧化硅来提高涂料的流平性、抗沾污性能和增稠性能，建议用量（1—3%），单用，复合皆可，采用负离子和锐钛型纳米氧化钛可以提高涂料净化空气的能力。3、特殊涂料①抗静电涂料，用于机房等抗静电要求高的场所；②耐磨涂料，采用纳米氧化锆、纳米氧化钴等可显著提高涂料的硬度和耐磨性；③耐腐蚀涂料，纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锌单独或组合使用可提高涂料的抗腐蚀性能，尤其是抗海水腐蚀能力；④防火涂料，如果对涂料的防火性能有要求时，建议使用纳米氧化镁，添加量分别为0.5-5%。涂料用硅系杂化聚酯的原位制备及性能表征二、面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展•以晶体硅为代表的第一代太阳电池和以非晶硅薄膜为代表的第二代薄膜太阳电池目前是光伏市场主流。第三代纳米结构太阳电池研发目标是在维持现有第二代薄膜电池沉积技术的经济性和环保性基础上显著提高电池性能及稳定性,进一步降低太阳电池的价格。近年来,以晶体硅为代表的第一代太阳电池(目前光电转换效率16%～18%,占光伏市场份额85%)产量以超过40%的速度高速递增,2007年全球产量已达到GW,2009年超过10GW。中国光伏产业发展更加惊人,2007年以1.088GW的产量一举跃居世界首位2009年的产量达到4.0GW,稳居世界第一;无锡尚德在不到五年时间内已经跻身世界前三名,成为中国光伏产业的领跑者。非晶硅/纳米硅三结薄膜太阳电池的性能(a,b)及稳定性(c,d)•1.径向p2n结的纳米线太阳电池结构示意图2.单根径向硅p2i2n纳米线太阳电池(b)结构及(c)性国际上纳米技术在硅太阳电池中的创新应用才刚刚起步,离产业化的要求还有很大距离,但千万不能小看其对未来光伏产业可持续发展的重要性。虽然中国已经是国际光伏产业大国,但绝不是光伏产业强国。当国际光伏创新研究如火如荼开展之时,我们一定要对中国光伏产业即将面临的严峻局面有清醒的认识。只有迎头赶上,在源头上创新,才能实现中国光伏产业强国之梦,引领国际光伏产业的发展。三、纳米硅水泥土抗压强度的正交试验和多元线性回归分析•试验方法•先将淤泥质黏土烘干、磨碎、过筛，制成干土，•然后按设计好的配比称取干土、水泥、纳米硅。为了•防止上述混合物的飞尘逸出影响精度，将其放入密闭•容器中搅拌5min，然后静止3～5min，徐徐注水，•边注水边搅拌，搅拌约10min后至均匀。将纳米硅水•泥土分3次装入模具中，每次用击锤击打10次使其密•实，制成直径3.91cm，高8cm的圆柱体。在容器中•静置24h后脱模，用塑料袋包裹放入水中（水温保持•在20℃）养护至龄期，取出后立即在三轴压缩仪上进•行压缩试验。抗压强度的正交试验及分析试验结果表明，纳米硅粉SiO2-x作为水泥土的外加剂，可以显著提高水泥土的抗压强度。•当用回归方程来预报纳米硅水泥土的强度时，有95％的机会不会超过2S=61.2kPa。b1，b2的系数表明单位掺量的水泥、纳米硅对水泥土强度的贡献。就平均值而言，水泥掺量每增加一个百分比，水泥土强度增加100.35kPa，而纳米硅粉则为101.17kPa，这说明纳米硅粉对水泥土强度的贡献与水泥大致相当。四、纳米硅基氧化物用于棉织物的抗紫外功能•摘要:以纳米硅基氧化物SiOx为添加剂对丙烯酸薄膜和纯棉织物进行抗紫外功能整理,用U24100紫外可见近红•外分光光度计分别对丙烯酸薄膜和棉织物的光学性能进行测试分析。结果表明,添加纳米SiOx后,丙烯酸薄膜和棉织物•的紫外屏蔽性和紫外反射都有显著提高。•关键词:抗紫外功能整体;纳米SiOx;棉织物;紫外屏蔽纳米硅基氧化物(SiOx,x=112～1.6)的软团聚体为无定型白色粉末,属絮状和网状的颗粒结构,表面存在大量的羟基和不饱和残键,因其表面欠氧而偏离了稳定的硅氧结构[1]。纳米SiOx表面含有许多纳米介孔结构,有更多的界面反射能力[2];具有常规材料所不具备的特殊光学性能[3],普遍存在“蓝移”现象。。目前纳米SiOx应用在纺织服装面料的报道很少,本文通过将纳米SiOx用于棉织物和常用的丙烯酸薄膜样品上,分析其对这两品的抗紫外性能影响。一、实验材料及步骤：织物试样选用平纹组织的轻薄棉织物。化学试剂有丙烯酸树脂9460(固化剂T110J4,江苏三木集团),二甲苯(上海凌峰化学试剂有限公司);乙酸丁酯(上海玻尔化学试剂有限公司);无水乙醇,丙酮,粘合剂,去离子水及分散剂(市售)等。纳米粉体为SP1型纳米SiOx(浙江弘晟材料科技股份有限公司)。实验仪器:FA2004A电子分析天平,U24100紫外可见近红外分光光度计(日立公司),CQX25-06超声波清洗器(上海必能信超声有限公司),IKAC2MAGHS7磁力搅拌器,Y801A型恒温烘箱。步骤：1、树脂薄膜制备，2、纳米SiOx的添加，3、织物处理实验分析分析•由图5可见,浸轧整理前后织物的紫外吸收差分图谱•的整条曲线都位于零线之上,在波长240～400nm范围内•吸收差分曲线从整体上看是递减的,即从1.22%降到0.•08%。这表明经纳米SiOx浸轧整理后,棉织物的紫外吸•收率虽有一定增加,但增加的幅度很小。•21212织物的紫外反射性能•由上图可见,在波长240～400nm范围内,与原样•相比,浸轧织物的紫外反射率在前半段有大幅度的提•高。由图7可见,差分曲线位于零线之上,且在波长•240～400nm范围内反射差分曲线整体上是递减的,小结•用丙烯酸做粘合剂将纳米粉体SiOx用于织物防•紫外浸轧整理,在波长320～400nm范围,整理后织物•的紫外反射率有大幅度提高,而透射率相应地大幅度•减小。这表明纳米硅基氧化物SiOx用于织物防紫外•功能整理是有效的,应有一定的应用前景。结语•材料快速发展，应用前景广阔。随着国民经济的快速增长以及发电、输变电、高速铁路、家电、新能源等行业迅猛发展，国内绝缘材料市场需求旺盛，未来几年随着数字化、信息化、网络化建设进一步发展和国家在电网建设、电气化铁路建设、节能照明、混合动力汽车等方面的加大投入以及消费类电子产品的升级，高分子材料的市场需求将呈现进一步快速增长的趋势。而材料工业的振兴是中国发动机工业腾飞的基础和前提。因此，作为大学生，我们要好好学习，认真读书，刻苦钻研，将来振兴民族工业，报效祖国！！！•谢谢！