埋炭条件下C—Si系材料高温物理化学变化过程

以炭黑和单质硅为原料压制成试样,在埋炭条件下,分别于1 200,1 300,1 350,1 400,1 450,1 500 ℃下高温烧结,获得不同温度点合成样品.采用XRD分析技术研究试样的物相演变过程,从而对C-Si系原料在埋炭气氛反应过程中的物相变化和反应动力学机制进行研究.试验结果表明:试样中新生成的物相为SiC、石英相和方石英相,几乎没有Si3N4和Si2N2O相.其反应过程是:单质硅与O2生成SiO2、与C反应生成SiC、与CO反应生成SiC和SiO2;温度高于1 450 ℃时,SiO2又会与试样中剩余的C反应生成SiO和SiC.整个过程都伴随着方石英化过程.当温度高于1 450 ℃时,会发生硅的挥发.合成温度和原料配比是影响C-Si系原料合成产物的生成速率和生成量的重要动力学因素.     

真空碳热还原过程中二氧化硅的挥发行为

为了解在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性以及还原过程中的主要影响因素,对二氧化硅的还原过程进行热力学分析,得出化学反应自由能和临界温度。在系统压力为2~200 Pa条件下,以分析纯SiO2和Fe2O3为原料,采用XRD,SEM,EDS和化学成分分析等手段,研究Fe/Si摩尔比、配碳量、反应时间、还原剂粒度和升温速率对硅的挥发率和还原反应速率的影响。实验结果表明:在100 Pa条件下,SiO2的临界反应温度为1 330~1 427 K。SiO2发生气化反应生成的SiO气体挥发至石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,造成硅的损失,且有部分SiO气体和石墨反应生成SiC;增大Fe/Si摩尔比和配碳量以及减小还原剂粒度均降低了硅的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;延长反应时间和提高升温速率增加了硅的挥发率。     

镁橄榄石合成反应动力学研究

以分析纯氧化镁、高纯熔融石英以及电熔镁砂颗粒为原料,研究了固相法合成镁橄榄石的反应动力学.利用X射线衍射和扫描电子显微镜等手段,研究了合成温度和保温时间对镁橄榄石生成速率的影响,分析了MgO与SiO2的反应机理.根据实验结果,建立了1100~1300℃下MgO与SiO2反应的动力学方程,并求出了表观反应活化能.研究结果表明,随着合成温度的提高和保温时间的延长,镁橄榄石生成率逐渐增加.在反应初期,MgO与SiO2反应生成了镁橄榄石和顽火辉石,在合成反应中后期时Mg2+通过产物层扩散而进一步反应,MgO与SiO2反应合成镁橄榄石的反应过程由Mg2+扩散所控制,反应的表观活化能为(220±20)kJ/mol.     

二氧化硅在真空碳热-氯化法炼铝过程中的行为

采用XRD,EDS及热力学分析等方法,对二氧化硅在真空碳热-氯化法炼铝过程中的行为进行研究.研究结果表明:碳热还原过程SiO2在较低温度下发生碳热还原反应生成SiC,在更高的温度条件下碳热还原生成低价氧化硅SiO气体;另外还有一定量的SiC与Al4C3结合生成Al4SiC4.碳热还原过程生成的低价氧化硅SiO气体进入低温区歧解得到单质硅与二氧化硅;同时还有氧化铝碳热还原生成的低价氧化铝Al2O气体进入低温区与CO发生二次氧化反应生成氧化铝与碳,低价氧化铝Al2O与低价氧化硅SiO气体在低温区发生反应的可能性较小.碳热-氯化过程冷凝产物金属铝的EDS检测分析显示,SiO2碳热还原生成的低价氧化硅SiO歧解产物没有混入最终产物中,从而不会影响金属铝的纯度,该金属铝平均纯度达97.03％.     

溶胶凝胶法制备SiO2/活性炭复合材料及其吸波性能研究

以正硅酸乙酯为硅的前驱体、活性炭为基体,通过溶胶凝胶反应制备SiO2/活性炭复合材料;以XRD,SEM,BET以及电磁参数测定等手段,对SiO2/活性炭复合体的孔隙结构、电阻率、以及电磁参数等性质进行表征.实验结果表明,活性炭与正硅酸乙酯混合后,经过溶胶凝胶反应,SiO2与活性炭形成结构均一的复合物,且溶胶凝胶温度较低时,反应速度较慢,生成的SiO2颗粒较小、分布较均匀.通过改变SiO2的质量分数量,可以改变SiO2/活性炭复合材料的电磁参数,进而影响其对电磁波的吸收性能,当SiO2质量分数为12%时,复合材料有最佳吸波性能.     

掺杂铜锌铝介孔材料的合成、表征及其在甲醇重整制氢中的应用

分别以正硅酸乙酯(TEOS)和Na2SiO3为硅源,室温合成了Cu∶Zn∶Al∶Si摩尔比为6∶3∶5∶100的类MCM-41催化剂,以XRD、N2吸附、氨吸附量热及异丙醇脱水/脱氢反应等表征了催化剂的性质.结果表明,两种催化剂均具有较好的介孔结构,以Na2SiO3为硅源的催化剂具有较强的酸性.甲醇水蒸气重整反应表明,以TEOS为硅源的催化剂对甲醇转化率和H2选择性均高于以Na2SiO3为硅源的催化剂.     

CaF2--SiO2型硅传感器辅助电极的制备及其定硅性能

以CaF2+SiO2作为硅传感器辅助电极材料,将其均匀涂覆于ZrO2( MgO)固体电解质表面,在高纯Ar气保护下,1400℃焙烧30 min制备得到定硅传感器.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及能量色散谱仪系统研究了制备条件对于焙烧后形成的辅助电极膜层组成、物相和微观形貌的影响.膜层中不存在CaF2,而是以SiO2固体颗粒、CaO·MgO·2SiO2固溶体及ZrSiO4为主.另外,探讨了辅助电极膜层中物相的变化对于膜层黏结性以及定硅性能的影响.在1450℃下对铁液中硅含量进行测试,传感器响应时间在10 s左右,稳定时间在20 s以上,而且传感器的重复性也很理想.当铁液中硅质量分数在0.5%~1.5%时,硅传感器测量值与化学分析法分析值相吻合.     

二氧化硅电脱氧反应的交流阻抗谱

采用交流阻抗等电化学技术研究了SiO2在等物质的量CaCl2和NaCl熔盐中的电脱氧反应.交流阻抗谱表明,SiO2电脱氧为单质硅的反应是两步反应,与循环伏安曲线上的两个还原电流峰相符合.电脱氧后电极产物的XRD分析证实,在反应体系存在着下列中间物:SiO,CaSiO3和Ca2SiO4.通过拟合交流阻抗谱与等效电路,得到SiO2电脱氧反应的电荷传递电阻、双电层电容和活化能.在低电压范围内,电荷传递电阻和活化能均随阴极电压的增加而降低,表明SiO2电脱氧反应的速度控制步骤是电荷传递过程.本研究工作对提高SiO2电脱氧过程的电流效率有重要意义.     

响应面法优化硅藻土制备水玻璃工艺研究

以试剂型硅藻土作为硅源,通过碱溶法提取活性硅可制备SiO2气凝胶材料.通过响应面中的Box-Behnken试验设计方法,以SiO2溶出率和水玻璃模数的加权平均值为评价指标,优化硅藻土制备水玻璃工艺,以获得最优的工艺参数.试验结果表明,当碱硅质量比为3∶10,NaOH质量浓度为10％,反应温度为90℃时,水玻璃模数与SiO2溶出率的加权平均值达到最大值79.91％.     

原硅酸钙在铝酸钠溶液中的反应行为

以CaO和SiO2为原料合成2CaO·SiO2,通过测定SiO2浓度分析原硅酸钙反应活性的变化规律;基于质量守恒,计算渣中钠硅渣和钙硅渣分配比例.实验结果表明,在铝酸钠溶液体系中,反应时间的延长、氧化铝浓度的升高均有利于原硅酸钙的分解和溶出液中二氧化硅浓度的升高,溶出液中二氧化硅浓度最高增幅可分别达到9.97倍和11倍;同时,温度升高会显著促进原硅酸钙的分解与钙硅渣的生成,在136 ℃反应1 h后二氧化硅总反应率可达43.06%;在铝酸钠溶液中加入碳酸钠,可能因"协同效应"而促进原硅酸钙的分解;铝酸钠溶液苛性比变化对原硅酸钙的分解影响不明显.随着纯铝酸钠、碳酸钠和氢氧化钠溶液浓度的升高,原硅酸钙的Zeta电位绝对值增大,其原因可能是溶剂化层相应的Al(OH)4-,CO32-和OH-含量增多,有利于原硅酸钙的分解.     

太阳能级多晶硅尾气回收液相二氧化硅提纯

 亚洲（青海）硅业引进西门子法生产多晶硅时所产生的尾气回收液相二氧化硅没有利用,而是直接被填埋,不仅浪费了能源和原材料,而且对环境造成污染。从节约能源和环保的角度考虑,必须对尾气进行回收再利用。本文对亚洲（青海）硅业引进西门子法生产太阳能级多晶硅尾气回收液相二氧化硅进行提纯实验。结果表明,影响二氧化硅纯度的主要因素是加热减量和灼烧减量;该样品除了含有一定量的水分外,还含有一定的灰分和挥发份,主要来源是除二氧化硅外四氯化硅的水解产物,还有部分硅胶,其在高温加热时失水产生二氧化硅粉,同时二氧化硅表面吸附了少量未水解的硅氯化物,在加热时挥发,本方法得到的二氧化硅含量均大于99.8%以上的粉体;从样品形貌可以看出,团聚使样品粒度增大。     

直接电解还原二氧化硅制备高纯硅的研究

提出了以废弃石英光纤为原料,利用熔盐直接电解还原SiO2来制备太阳能级硅的新思路设计,该设计具有低成本低能耗、环保、工艺流程简单以及产品纯度高等优点。利用激光拉曼检测证明了硅的生成。     

溶胶-凝胶法制备HEC/SiO2杂化材料的工艺研究

以羟乙基纤维素(HEC)、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶技术合成了HEC/SiO2有机-无机杂化材料.通过探讨水硅比、HEC含量、溶剂量、干燥控制化学添加剂用量、温度等工艺因素对凝胶化过程,特别是材料干燥体积收缩的影响,得出在本实验条件下合成HEC/SiO2有机-无机杂化材料的优化工艺条件.利用红外吸收光谱、紫外-可见光透射光谱以及扫描电子显微镜等测试手段对合成的HEC/SiO2有机-无机杂化材料进行表征.结果表明,HEC作为有机分散相已经均匀地分散到SiO2基相中,制备的HEC/SiO2有机-无机杂化材料透明,无分相,并可能形成了新的化学键.     

微过氧化物酶-11在SiO2纳米粒子修饰玻碳电极上的电化学研究

采用简单的方法将微过氧化物酶-11（MP-11）固定到二氧化硅（SiO2）纳米粒子的表面,并且制备成MP-11/SiO2/GC修饰电极,运用循环伏安法研究MP-11/SiO2/GC电极上MP-11的电化学行为。结果表明：MP-11在玻碳修饰电极上发生了直接的、可逆的2个电子、1个质子的电化学反应。MP-11/SiO2/GC修饰电极可以对氧气进行电催化反应,并且该电催化过程受扩散控制,这样该修饰电极有希望在酶生物燃料电池中作阴极使用。另外,MP-11/SiO2/GC修饰电极对过氧化氢（H2O2）的电催化反应表现出传感器的性能,在线性范围内,信噪比为3时,最低检出限为0.22mmol/L,米氏常数为0.13mmol/L,说明SiO2载体上的酶MP-11与底物H2O2的亲和力较大,对H2O2电催化反应效率高。因此,未来MP-11/SiO2/GC修饰电极也有可能在H2O2传感器中得到广泛的应用。     

电离气体组分对高频等离子体温度的影响

电感耦合高频等离子体在高纯材料合成等领域具有重要应用。电离气体组分影响等离子温度,并影响其使用性能。通过改变电离气体中氧气与氮气的配比,以及往空气中掺入不同比例的氩气,研究了电离气体组分对高频等离子体温度的影响。结果表明,电离气体中氧气相对氮气气体比例的增加可显著提高等离子体温度,同时可促进Si与O粒子的结合。在加料前氧气含量从10%增加到90%时,等离子体电子温度从6 282 K增加到了7 047 K;加料后电子温度同样随氧气含量增加而升高;并且游离Si粒子数量随之显著降低;往空气中掺入氩气同样可以提高等离子体电子温度并促进二氧化硅的形成,但其作用弱于氧气。     

稻壳的开发利用

介绍了国内外稻壳化工利用的最新发展．重点论述了以稻壳为原料．制备高比表面积的活性炭、高纯度的二氧化硅、碳化硅晶须(颗粒)及锂离子电池含硅炭材料的工艺过程．并简要介绍了其应用前景。     

昭通褐煤及其低温热解产物的性质研究

昭通褐煤储量大、埋藏浅、易开采,对其进行低温热解后,可以得到多种用途的产品。对昭通褐煤及其热解产物性质的实验研究表明,煤焦油含氧高,含硫低,轻柴油馏分高达60%,可直接用作燃料油,或用于生产轻柴油;热解煤气热值约为18MJ/m3,属中热值煤气,可用作城市煤气或工业锅炉的燃料;半焦着火点低,热值约为20MJ/kg,可作为清洁燃料用于发电或民用;褐煤灰的主要组分是氧化钙和氧化硅,可用于生产水泥或建材。     

The interface between silicon and a high-k oxide

The ability of the semiconductor industry to continue scaling microelectronic devices to ever smaller dimensions (a trend known as Moore's Law) is limited by quantum mechanical effects: as the thickness of conventional silicon dioxide (SiO(2)) gate insulators is reduced to just a few atomic layers, electrons can tunnel directly through the films. Continued device scaling will therefore probably require the replacement of the insulator with high-dielectric-constant (high-k) oxides, to increase its thickness, thus preventing tunnelling currents while retaining the electronic properties of an ultrathin SiO(2) film. Ultimately, such insulators will require an atomically defined interface with silicon without an interfacial SiO(2) layer for optimal performance. Following the first reports of epitaxial growth of AO and ABO(3) compounds on silicon, the formation of an atomically abrupt crystalline interface between strontium titanate and silicon was demonstrated. However, the atomic structure proposed for this interface is questionable because it requires silicon atoms that have coordinations rarely found elsewhere in nature. Here we describe first-principles calculations of the formation of the interface between silicon and strontium titanate and its atomic structure. Our study shows that atomic control of the interfacial structure by altering the chemical environment can dramatically improve the electronic properties of the interface to meet technological requirements. The interface structure and its chemistry may provide guidance for the selection process of other high-k gate oxides and for controlling their growth.