张伟博士答辩公告

教学工作

教学动态

当前位置：首页教学工作教学动态

张伟博士答辩公告

时间:2015-09-16来源:机电学院点击:1992次

答辩博士：张伟

指导教师：汪炜教授

论文题目：纳米硅颗粒脉冲放电制备及应用基础研究

答辩委员会：

主席：孙庆鸿教授/博导东南大学

委员：康敏教授/博导南京农业大学

刘正埙教授/博导南京航空航天大学

云乃彰教授/博导南京航空航天大学

沈鸿烈教授/博导南京航空航天大学

姬广斌教授/博导南京航空航天大学

汪炜教授/博导南京航空航天大学

秘书：刘壮副教授/硕导南京航空航天大学

答辩时间：2015年9月20日 9:30-11:30

答辩地点：南航明故宫校区A15-B327

学位论文简介：

纳米粒子是指粒度在1~100 nm之间的粒子，具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等奇异的物理化学特性。硅作为地球上储量丰富的元素之一，其纳米颗粒在能源、生物医疗、信息等领域具有重要的工程应用价值。然而，现阶段纳米硅颗粒的制备方法，如：溶胶-凝胶法、热分解法、激光烧蚀等，均存在成本高、产率低等不足，难以大规模工业化应用。

本文提出了一种脉冲放电高效制备纳米硅颗粒的方法。在脉冲放电过程中，极间产生的瞬时温度高达上万度，可以使材料气化，从而以原子或者小团簇的形式离开原材料，使纳米硅颗粒的制备成为可能。然而，在此过程中，材料的去除中气化比例低，大部分仍以熔化去除为主，尚不能实现纳米硅颗粒的高效制备。为实现纳米硅颗粒的高效制备，本课题采用分子动力学方法模拟纳米硅颗粒形成过程，揭示了高产率、高尺寸集中度纳米硅颗粒的脉冲放电制备机理。研究了工作介质种类、形态和工艺参数等对纳米硅颗粒产率的影响规律,并实现了30 nm纳米硅颗粒的高效制备。在此基础上，以重掺杂硼硅锭为原料，利用脉冲放电法制备纳米硅颗粒, 并对其进行硼含量测试。测试结果表明，纳米硅颗粒中硼含量与重掺杂硼硅锭中的相比处于相同的数量级，从而得到了一种制备硼源的新方法。并对其在太阳能电池硅片局域扩散上的应用进行了可行性研究。此外，为提高牙科氧化锆陶瓷与医用粘结剂的结合强度，提出了一种新的制备纳米硅包覆三氧化二铝磨料的工艺方法，将脉冲放电制备的纳米硅颗粒与三氧化二铝磨料共烧，实现了纳米硅颗粒对三氧化二铝的均匀稳定包覆。以其为原料，利用摩擦化学法对氧化锆陶瓷表面处理，并对处理后的氧化锆陶瓷与医用粘结剂的结合强度进行了测试。

主要创新点：

（一）利用分子动力学模拟仿真研究了脉冲放电过程中材料被气化后进入工作介质的形式，及纳米硅颗粒的形成过程和影响因素。由仿真结果可知，在脉冲放电过程中，材料被气化后以原子或者小团簇的形式离开材料，经团聚、冷凝后形成纳米颗粒。在此过程中，降温速度和原子分布密度具有重要影响。

（二）提出了一种新的脉冲放电制备纳米硅颗粒的方式，以重掺杂硼硅锭为原料，利用去离水为工作介质，同时在极间引入了压力为8 MPa高速冲液，在当前试验条件下，通过选择合适的放电参数，实现了纳米硅颗粒的高效制备。制备的纳米硅颗粒为晶态纳米颗粒，尺寸为30 nm左右，利用单台试验设备制备纳米硅颗粒时的产率为5 g/h。

（三）提出了一种局域掺杂工艺路线。利用ICP-OES对脉冲放电制备的纳米硅颗粒硼含量测试，测试结果表明，其为重掺杂硼纳米硅颗粒，且硼含量与原体材料相比，处于同一数量级，未出现明显的损失。在此基础上，将其配置成重掺杂硼纳米硅浆料，并利用热扩散的方式将其应用于太阳能硅片局域掺杂。通过测试发现，掺杂区域的方阻从100Ω/□下降到30Ω/□。

（四）提出了一种制备纳米硅包覆三氧二铝磨粒的技术路线。以脉冲放电制备的纳米硅颗粒为原料，将其与三氧化二铝磨料混合，采用共烧的方式，使纳米硅颗粒稳定均匀地粘附在三氧化二铝表面，实现了纳米硅包覆三氧二铝磨料的制备。在此基础上，以其为原料，利用摩擦化学法对牙科氧化锆陶瓷进行表面处理，并测试了结合强度。测试结果表明，结合强度为12 MPa，效果与当前商用产品相近。但其全过程为物理过程，更加安全，且成本低，工艺稳定。

教学工作

友情链接

微信公众号