本发明属于
纳米材料的球磨制备方法，具体涉及一种纳米硅粉的球磨制备方法。
背景技术：
近年来，硅基低维纳米材料在光电子器件应用领域取得了突飞猛进地发展，目前已经应用的领域有电子发光材料、催化剂载体、药物载体和锂离子电池
负极材料等。特别地，硅作为
锂离子电池负极材料，具有4200mah/g的理论放电容量，大约是目前市场上碳负极材料理论容量的10倍。所以，硅作为电池负极材料有望解决目前电动汽车和电子产品移动电源需要频繁充电问题，展现出十分可观的潜力。
纳米硅粉，作为新一代光电半导体和高功率光源材料的主要原料，具有较宽的禁带宽度(～1.65ev)和优良的物理、化学性能，如量子尺寸效应、量子隧道效应，特殊的光、电特性与高磁阻现象，非线性光学效应，可吸附色素离子、降低色素衰减，且其作为添加剂使用时可提高材料的强度、弹性、抗老化性和耐化学腐蚀性。因此，通过一种低成本的制备方法实现硅粉的低纬度纳米化，是实现高性能
储能及光电子器件的关键环节。然而已经报道的制备高纯、晶粒尺寸均匀可控的纳米硅粉成本较高，不适用于规模放大生产。
目前，制备纳米硅粉的方法主要包括真空冷凝法、物理粉碎法、气相沉积法、水热合成法、微乳液法和溶胶凝胶法等。
上述方法制备出的原料大都存在以下的不足或缺陷：
(1)由于纳米硅粉表面原子处于高度活化状态，使其具有较高的表面能，所以一般方法制得的纳米硅粉极易与空气中的氧气发生反应，具有较差的抗氧化性；
(2)采用真空冷凝法、水热合成法等虽然能够获得晶粒尺寸可控的纳米晶硅粉，但这些方法对设备、工艺要求较高，无法进行较大规模的工业化生产，且制备成本较高；
(3)采用化学法制备工艺在生产过程中会产生有害气体，易对人体和环境造成污染。
因此，迫切需要寻找一种设备、工艺简单，成本低廉，适合工业化生产，且可以制备高纯度、晶粒尺寸均匀、维度可控的纳米硅粉的新型方法。
技术实现要素：
本发明的目的是解决上述问题，提供一种纳米硅粉的球磨制备方法，该制备方法操作简单，成本低，易实现工业化，且可以制备高纯度、晶粒尺寸均匀，纳米化硅粉的维度可控。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种纳米硅粉的球磨制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、准备原料：
硅10-35份，乙醇90-65份，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠作为分散剂0.5-1份；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取磨球放置在卧式棒销式砂磨机的球磨腔中；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得混合原料，进入砂磨机的球磨腔中进行球磨，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，即得到二维硅纳米片粉末状固体。
进一步的，所述步骤1中：分散剂为质量分数为5wt％醋酸改性的柠檬酸钠，其具体组成成分为：na3c6h5o7·2h2o，浓度不小于95.0％；改性柠檬酸钠的醋酸的质量分数是柠檬酸钠的3-5wt％，浓度为1mol/l，ph测试为2.4。。
进一步的，所述步骤1中：微米硅的直径为10μm-12μm。
进一步的，所述步骤3中：砂磨设备为卧式棒销式砂磨机，陶瓷件棒销转子为zro2；磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为50％-70％。
进一步的，所述步骤3中：磨球采用日本东丽的锆球，磨球直径为0.3mm。
进一步的，所述步骤4中：球磨时间为1.5h-9h，球磨转速为700r/min-900r/min，线速度调节至10-12m/s；出料温度不高于30℃。
进一步的，所述步骤5中：喷雾干燥温度为170℃-200℃，出料温度不高于70℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的纳米硅粉的球磨制备方法，由微米硅，乙醇，分散剂组成，将原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，再与磨珠一同进行球磨，调控球磨时间和球磨转速，最后进行喷雾干燥，即得到纳米硅粉；该制备方法，操作简单，成本低，易实现工业化，且可以制备高纯度、晶粒尺寸均匀可控的二维纳米硅粉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1得到的二维硅纳米片sem测试结果；
图2为本发明实施例1得到的二维硅纳米片afm测试结果；
图3为本发明实施例1得到的二维硅纳米片xrd测试结果；
图4为本发明实施例1得到的纳米硅粉，粒径分布测试结果。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
如图1-4所示的本发明提供一种纳米硅粉的球磨制备方法，通过以下步骤实施：
步骤1、称取如下原料：
微米硅10-35份，乙醇90-65份，分散剂为改性柠檬酸钠0.5-1份；其中，微米硅的直径为10μm-12μm；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取直径为0.2mm或0.3mm的锆珠磨球，磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为50％-70％；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得混合原料进入砂磨机的球磨腔中球磨，球磨时间为1.5h-9h，球磨转速为700r/min-900r/min，控制出料温度不大于30℃，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，喷雾干燥温度为170℃-200℃，出料温度不大于70℃，即得到纳米硅粉。
实施例1
步骤1、称取如下原料：
微米硅10kg，乙醇90kg，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠为0.05kg；其中，微米硅的直径为10μm；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取直径为0.3mm的锆珠磨球，磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为50％；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得的混合原料进入砂磨机的球磨腔中球磨2h，球磨转速为900r/min，控制出料温度不大于30℃，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，喷雾干燥温度为170℃，出料温度不大于70℃，即得到纳米硅粉。
sem表征：
将本发明实施例1得到的纳米硅粉进行sem表征，结果如图1所示，可以看到球磨2h得到的纳米硅粉为片状，厚度为纳米级，侧向尺寸不大于300nm，大小均匀。
afm表征：
将本发明实施例1得到的纳米硅粉进行afm表征，结果如图2所示，可以看到本发明实施例1得到的硅粉为片状结构，厚度仅为2nm。
xrd表征：
将本发明实施例1得到的纳米硅粉进行xrd表征，结果如图3所示，可以看出本发明实施例1得到的是纯硅粉，没有碳化硅等其他杂质，且宽化的峰表明了硅粉垂直尺度的纳米化。
粒径分布表征：
将本发明实施例1得到的纳米硅粉进行测试粒径分布表征，结果如图4所示，可以看到球磨2h得到的纳米硅粉，粒度d50为112nm，d90为187nm。
实施例2
步骤1、称取如下原料：
微米硅20kg，乙醇80kg，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠为0.1kg；其中，微米硅的直径为10μm；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取直径为0.3mm的zro2磨球，磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为60％；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得的混合原料进入砂磨机的球磨腔中球磨1.5h，球磨转速为800r/min，控制出料温度不大于30℃，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，喷雾干燥温度为180℃，出料温度不大于70℃，即得到纳米硅粉。
实施例3
步骤1、称取如下原料：
微米硅30kg，乙醇70kg，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠为0.15kg；其中，微米硅的直径为11μm；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取直径为0.3mm的锆珠磨球，磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为70％；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得的混合原料进入砂磨机的球磨腔中球磨9h，球磨转速为700r/min，控制出料温度不大于30℃，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，喷雾干燥温度为200℃，出料温度不大于70℃，即得到纳米硅粉。
实施例4
步骤1、称取如下原料：
微米硅30kg，乙醇70kg，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠为0.75kg；其中，微米硅的直径为10μm；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取直径为0.2mm的锆珠磨球，磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为65％；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得的混合原料进入砂磨机的球磨腔中球磨6h，球磨转速为700r/min，控制出料温度不大于30℃，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，喷雾干燥温度为180℃，出料温度不大于70℃，即得到纳米硅粉。
实施例5
步骤1、称取如下原料：
微米硅35kg，乙醇65kg，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠为1.75kg；其中，微米硅的直径为10μm；
步骤2、将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；
步骤3、称取直径为0.3mm的锆珠磨球，磨球在砂磨机的球磨腔中的填充率为60％；
步骤4、启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得的混合原料进入砂磨机的球磨腔中球磨8h，球磨转速为700r/min，控制出料温度不大于30℃，得到纳米硅和乙醇混合物；
步骤5、将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，喷雾干燥温度为170℃，出料温度不大于70℃，即得到纳米硅粉。
上述实施例分散剂为5wt％醋酸改性的柠檬酸钠，其具体组成成分为：na3c6h5o7·2h2o，浓度不小于95.0％；改性柠檬酸钠的醋酸的质量分数是柠檬酸钠的3-5wt％，浓度为1mol/l,ph测试为2.4；
砂磨机采用型号为常州龙鑫wsj-35；磨球采用日本东丽的锆球。
本发明的纳米硅粉的球磨制备方法，由微米硅，乙醇，分散剂组成，将原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，再与磨珠一同进行球磨，调控球磨时间和球磨转速，最后进行喷雾干燥，即得到纳米硅粉；本发明纳米硅粉的球磨制备方法，操作简单，成本低，易实现工业化，且可以制备高纯度、晶粒尺寸均匀可控的纳米硅粉。
本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
技术总结
本发明涉及一种纳米硅粉的球磨制备方法，具体按照以下步骤实施：1)准备原料：硅10?35份，乙醇90?65份，5wt％醋酸改性的柠檬酸钠作为分散剂0.5?1份；分散剂为5wt％醋酸改性的柠檬酸钠，具体组成成分为：Na3C6H5O7·2H2O，浓度不小于95.0％；2)将上述原料加入搅拌罐中，搅拌均匀，得到混合原料；3)称取磨球放置在卧式棒销式砂磨机的球磨腔中；4)启动砂磨机，搅拌罐中步骤2所得混合原料，进入砂磨机的球磨腔中进行球磨，得到纳米硅和乙醇混合物；5)将步骤4得到的纳米硅和乙醇混合物进行喷雾干燥，即得到二维硅纳米片粉末状固体。本发明的优点是，该制备方法操作简单，成本低，易实现工业化，且可以制备高纯度、晶粒尺寸均匀，纳米化硅粉的维度可控。
技术研发人员：马越
受保护的技术使用者：西安翱宇科技管理咨询合伙企业(有限合伙)
技术研发日：2019.05.28
技术公布日：2019.08.09
声明：
“纳米硅粉的球磨制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：西安翱宇科技管理咨询合伙企业(有限合伙)
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2024年07月05日 ~ 07日 
