【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能材料，涉及一种制备硅纳米线的装置及方法。
技术介绍
1、随着能源技术的发展，人们对储能材料提出了更高的需求。硅材料由于具有较高的比容量，被视为下一代负极材料的取代物。然而，常规的硅材料在充放电过程中会发生体积膨胀，从而导致材料粉化掉渣等问题，严重影响了电池的使用寿命。而硅纳米线由于其高表面积和独特的准一维结构，使得使用硅纳米线的材料和器件在许多方面都具有优异性能，如硅纳米线在锂离子电池充放电时，可以保持良好的结构稳定性和循环性能，因此，大批量制备高质量的硅纳米线是其产业化应用的关键所在。
2、目前，硅纳米线的制备方法包括自上向下法和自下向上法，其中，自上向下法是通过刻蚀技术在硅基底上进行定向刻蚀，来获得设定的硅纳米线阵列或图案，对设备要求高，成本大，无法大批量生产，往往用于尖端设备；而自下向上法通常采用化学气相沉积法进行制备，由于生长机理的争议以及制备条件的影响，使得制备的硅纳米线直径分布较宽，不能稳定合成。
3、在硅纳米线的制备过程中，主要将硅源通过载气带入反应装置中，使其在反应装置内与催化剂反应形成晶核，然后实现硅纳米线的生长，如现有技术中通过cvd制备硅纳米线，该实验实现了硅纳米线的少量制备，但受制备装置的影响，制备的硅纳米线直径分布较宽。此外，cn 106207144a公开了一种电解法制备硅纳米线的方法，将二氧化硅和氯化钠粉末压制成极片，然后烧结极片，最终通过电解来制备硅纳米线；具体步骤包括：(1)将二氧化硅和氯化钠的混合粉末压制成阴极片；(2)对步骤(1)得到的阴极片进行烧结；
4、cn 108452790a公开了一种纳米结构的电池活性材料及其制备方法，通过在碳基基底表面预先沉积cu基催化剂，之后通过vls或vss机理进行硅纳米线的生长，但是该生长方式具有较大的不确定性及工艺复杂程度；由于vls或vss机理中，形成的种晶的直径直接决定生长的硅纳米线的直径，但是，其公开的硅纳米线直径为30-50nm，因此，需要使用价格极其昂贵的纳米级铜源作为催化剂，而且纳米粉体在碳基材料表面的均匀分布非常困难，会导致生长的产物无法稳定控制，由其sem结果可以明显看出，生长产物为硅纳米颗粒、硅棒和硅纳米线的多种混合物，同时其晶体形态也无法控制，单晶、多晶及无定型硅都大量存在，后续的应用环节很难将其均匀分散并有效使用。
5、基于以上研究，需要提供一种制备硅纳米线的装置，所述装置能够提升硅纳米线的生产质量，使得到的硅纳米线的直径可控性高，均一性高，并且还能降低硅纳米线的生产成本，提高生产效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种制备硅纳米线的装置及方法，所述装置能够提升原料之间的混合均匀程度，提高产物的均一性，并能有效控制硅纳米线生长的直径，使产物质量可控，硅纳米线的线径分布均匀程度能够得到明显改善。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种制备硅纳米线的装置，所述装置包括炉膛1，所述炉膛1一侧设置第一原料罐2，另一侧设置第二原料罐3；
4、所述炉膛1上还设置有扰流管6。
5、本专利技术所述装置中，炉膛1上设置有扰流管6，使得原料进入炉膛1后，能够通过扰流管6通入气体，使原料通过旋风扰流气进行混合，有效提高了原料气的混合均匀程度，提高了产物均一性；同时，本专利技术所述炉膛1一侧设置第一原料罐2，另一侧设置第二原料罐3，使第一原料罐2中的原料和第二原料罐3中的原料能以对流的方式进料，进一步提升了产物的均一性，提高了硅纳米线的生产质量。
6、优选地，所述炉膛1和第一原料罐2之间设置有第一进料阀4。
7、优选地，所述第一进料阀4和炉膛1之间还设置有第一进料口7。
8、优选地，所述炉膛1和第二原料罐3之间还设置有依次连接的蠕动泵9和第二进料阀5。
9、优选地，所述第二原料罐3中包括第二原料，所述第二原料包括硅源和催化剂的混合悬浊液。
10、本专利技术所述炉膛1和第一原料罐2之间包括第一进料阀4，打开第一进料阀4即可实现原料的进料，炉膛1和第二原料罐3之间包括蠕动泵9和第二进料阀5，打开第二进料阀5后在蠕动泵9的作用能实现进料；由于硅纳米线制备过程中催化剂较难雾化，因此，较难雾化的催化剂能够置于第二原料罐3中，不进行雾化，与硅源混合以悬浊液形式通过蠕动泵9进料即可，在保证反应均匀性和产物质量的同时，大大降低了生产难度。
11、优选地，所述炉膛1和蠕动泵9之间还设置有第二进料口8。
12、优选地，所述炉膛1的内部还设置有衬板10，两侧还设置有出气口11。
13、优选地，所述衬板10的材质包括石英、刚玉、氮化硅或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括石英和刚玉的组合，或氮化硅和碳化硅的组合。
14、第二方面，本专利技术提供了一种制备硅纳米线的方法，所述方法采用如第一方面所述的装置进行制备，所述方法包括如下步骤：
15、将载气气体通过扰流管6通入炉膛1中，然后将第一原料罐2中的第一原料，以及第二原料罐3中的第二原料通入炉膛1中进行反应，得到所述硅纳米线。
16、本专利技术所述第一原料和第二原料采用对流的进料方式，并且载气气体通过扰流管6通入炉膛1中进行扰流，能够使第一原料和第二原料混合更加充分，提高了产物的均匀程度。
17、优选地，所述第一原料加热成蒸汽后，打开第一进料阀4，通过第一进料口7通入炉膛1中。
18、优选地，所述第二原料通过升温成蒸汽通入炉膛1中，或者第二原料通过蠕动泵9在第二进料口8处通入炉膛1中，所述蠕动泵9的进料速率为10-100ml/min，例如可以是10ml/min、30ml/min、50ml/min、70ml/min、90ml/min或100ml/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19、优选地，所述第二原料包括硅源和催化剂的混合悬浊液。
20、优选地，所述第一原料和第二原料在通入炉膛1前，先将炉膛1加热至反应温度。
21、本专利技术所述第二原料为硅源和催化剂的混合悬浊液，悬浊液不仅能够通过蠕动泵9的作用通入炉膛1中，也可以加热使第二原料成蒸汽后通入炉膛1中，但是催化剂雾化的加料方式难度较大，本专利技术优选将第二原料以悬浊液形式，通过蠕动泵9加入炉膛1中；因此，为了配合第二原料的加料方式，炉膛1在进料前，炉膛1需要加热至反应温度，使第二原料中的催化剂进入炉膛1中后能迅速变成气体，与第一原料的蒸汽在扰流下迅速混合，从而提升了原料的混合均匀程度，提升了硅纳米线的品质。
22、优选地，所述反应温度为700-1000℃，例如可以是700℃、800本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备硅纳米线的装置，其特征在于，所述装置包括炉膛(1)，所述炉膛(1)一侧设置第一原料罐(2)，另一侧设置第二原料罐(3)；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉膛(1)和第一原料罐(2)之间设置有第一进料阀(4)；
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述炉膛(1)和第二原料罐(3)之间还设置有依次连接的蠕动泵(9)和第二进料阀(5)；
4.一种制备硅纳米线的方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-3任一项所述的装置进行制备，所述方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一原料加热成蒸汽后，打开第一进料阀(4)，通过第一进料口(7)通入炉膛(1)中；
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述催化剂为微米级粉末；
7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一原料加热成蒸汽的温度在第一原料的熔点以上；
8.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征在于，所述载气气体先进行洗气将炉膛(1)内空气排出，使炉膛(1)充满常压
9.根据权利要求4-8任一项所述的方法，其特征在于，所述进行反应的时间为10-60min；
10.根据权利要求4-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种制备硅纳米线的装置，其特征在于，所述装置包括炉膛(1)，所述炉膛(1)一侧设置第一原料罐(2)，另一侧设置第二原料罐(3)；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉膛(1)和第一原料罐(2)之间设置有第一进料阀(4)；
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述炉膛(1)和第二原料罐(3)之间还设置有依次连接的蠕动泵(9)和第二进料阀(5)；
4.一种制备硅纳米线的方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-3任一项所述的装置进行制备，所述方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一原料加热成蒸...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖健淞，谭海龙，杨淋，杨小丰，李辰宇，王作智，
申请(专利权)人：拓米成都应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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