火花放電和高能球磨組合法制備納米硅顆粒及微觀結(jié)構(gòu)表征

曹祥威 ，趙明才 ，張 林 ，汪 煒 ，陳秭昕

（1.南京航空航天大學機電學院，江蘇南京210016；2.南京外國語學校，江蘇南京210008）

近年來，納米硅顆粒因具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)等特殊物理化學特性而得到廣泛應(yīng)用，如納米硅材料可能代替MgH2成為新一代的儲氫材料[1-2]。多孔納米硅材料已被應(yīng)用于光電傳感器及納米藥物的載體[3]。對于鋰電池來說，傳統(tǒng)的石墨電極理論容量為372 mAh/g，而硅的理論容量可達4200 mAh/g[4-5]。但對于硅負極材料而言，充放電過程中存在巨大的體積效應(yīng)（～300%）[6-7]，機械應(yīng)力的急劇增長和衰減會導(dǎo)致硅材料的粉碎及固態(tài)電解質(zhì)膜的破裂，具體為：一方面導(dǎo)致硅顆粒與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑分離，從而失去電化學活性；另一方面導(dǎo)致新鮮硅表面裸露且新鮮硅表面不斷消耗電解質(zhì)而生成新的固態(tài)電解質(zhì)膜[8]，從而造成電化學性能的迅速衰減。硅材料的納米化可有效緩解這一現(xiàn)象，大幅提高電池的循環(huán)性能[9-11]。

納米顆粒制備技術(shù)的研究思路主要有二種：一種是由上而下的方法（top-down），通常采用物理和化學的方法對宏觀物質(zhì)進行細化，其流程一般為固體、微米顆粒、納米顆粒，如高能球磨法。Wang等將針鐵礦粉放入球磨機中研磨90 h，成功制備出粒徑為20 nm的納米氧化鐵顆粒[12]；另一種是由下而上的方法 （bottom-up），是在一定的物理和化學條件下，從原子、分子開始組裝具有特定功能的材料和產(chǎn)品，其一般流程為原子、團簇、納米顆粒，如化學氣相反應(yīng)法[13]、氣體蒸發(fā)法、火花放電[14-15]等。王衛(wèi)鄉(xiāng)等利用激光誘導(dǎo)化學沉積的方法制備了粒徑大約為18 nm的球形晶態(tài)納米硅顆粒[16-17]?！?br>