纳米硅粉的制备和方法

1.1纳米材料及纳米硅粉

德国学者Gleiter教授在20世纪80年代初期首次提出纳米材料（NsM）的概念，并首次制得人工纳米晶体^[1]。纳米材料是由晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体构成，其特征尺寸至少在一个方向上为纳米量级^[2]。纳米材料的纳米级晶粒、 高浓度晶界及晶界原子邻近状况，并且表面电子结构和电子结构相对发生变化，使其具有一般宏观物体所不具有的效应：小尺寸效应、量子效应、界面效应和表面效应^[2]，因此其所表现的优异特性往往是一般的传统材料所不具有的，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性，等等，从而使其作为一种新型材料在宇航、电子、冶金、化工、生物和医学领域展现出广阔的应用前景，纳米材料的研究已成当今世界材料科学、凝聚态物理、化学等领域中的一个热门课题^[3-5]。

随着科技发展和纳米材料研究的发展，纳米硅材料的制备及应用已逐渐成为一大研究热点。普通硅本身就具有良好的性质，高纯的单晶硅本身作为良好的半导体材料，可以应用于电池，另外还是金属陶瓷、宇宙航行的重要材料，应用于光导纤维等。为了进一步提高硅的性质，将硅纳米化成为了一种有效的方法。

纳米硅是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，通常为无定形白色粉末，其粒径为20-200nm^[6]。由于其分散性好，比表面积巨大，光学性能和化学稳定性良好，所以其可以与有机物反应，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^[7]。

1.2 纳米硅粉的制备方法

目前，关于纳米硅的制备方法主要有两大类，干法和湿法，干法包括气相法和电弧法，湿法包括溶胶凝胶法、沉淀法和微乳液法^[6]。如果按所需原料的不同来分类的话，又能把它分为用硅烷（SiH₄）、二氧化硅（SiO₂）、粗晶硅（Si）和四氯化硅及其衍生物（SiCl₄、SiHCl₃等）为原料的四大类^[8]。本文主要从原料的角度来探讨纳米硅的制备方法。

1.2.1 以硅烷（SiH₄）为原料

利用硅烷作为原料合成纳米硅粉的方法主要有激光诱导化学气相沉积法（LICVD）、等离子增强化学气相沉积法（PECVD）、热CVD法等。