永利皇宫《PNAS》刊登朱嘉课题组在硅纳米提纯技术上的最新进展

纳米纯化过程示意图

近期,南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组与斯坦福大学展开国际合作,利用纳米技术有效实现硅的提纯,取得重大进展。该成果以“Nanopurification
of silicon from 84% to 99.999% purity with a simple and scalable
process”为题,并于2015年10月20日在《美国科学院院刊》(Proc. Natl. Acad.
Sci.)上在线发表(doi:10.1073/pnas.1513012112)。

永利皇宫 1

该论文第一作者是匡亚明学院理科强化班本科生宗麟奇,第一单位是南京大学,通讯作者是现代工程与应用科学学院朱嘉教授与斯坦福大学崔屹教授,这项工作还得到团队成员博士生朱斌的鼎力合作。项目研究得到了国家重点基础研究项目,国家自然科学基金创新群体和江苏省优势学科资助。朱嘉教授课题组自成立以来,围绕着工业粗硅的再利用展开了一系列研究,结果已陆续发表在纳米材料主流期刊上(如NanolettersDOI:10.1021/acs.nanolett.5b01698等),受到业内的广泛关注。

(现代工程与应用科学学院 匡亚明学院 宗麟奇 科学技术处)

硅是当今信息及能源产业最重要的材料之一,被广泛应用到半导体芯片,太阳能和传感器等诸多产业。不同领域的应用对硅的纯度有着不同的要求,例如太阳能级硅的纯度至少应达到99.999%,而电子级硅的纯度应至少为99.9999999%。然而如何低耗能低污染的得到这些超高纯度的硅已经成为了一个困扰学术界和工业界数十年之久的问题。

朱嘉教授近年来带领团队成员围绕这一问题开展了深入研究,创新性的将纳米技术引入到硅纯化工艺当中。利用纳米颗粒非常的比表面积和极小的半径可以将大量的杂志都暴露在表面,只需要通过酸洗就可以将杂志去除。朱嘉教授团队以工业粗硅(硅铁,硅含量84%)为原材料,通过高能球磨制备得到110nm
左右的硅纳米颗粒,进行酸洗等一系列步骤之后得到了纯度高于99.999%的硅纳米颗粒。相比于传统的硅提纯工业,该技术避免了高温高压以及对HCI和H2的大量消耗,在减少耗能的同时极大的降低了污染。同时通过该技术得到的高纯度硅为直径在80nm
左右的纳米颗粒,有着更广泛的用途,例如作为锂离子电池的负极。据测试,纯化后得到的硅纳米颗粒作为负极材料时获得了很好的循环及倍率性能。整个纯化过程低能耗低污染,为生产太阳能级硅提供了新思路,并且也为进一步降低太阳能发电的成本打下了坚实的基础。该技术已经申请专利。

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