Электролитическое получение кремния из галогенидных и оксидно-галогенидных расплавов

• Автор: Исаков, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление:
Глава 1 Растворимость диоксида кремния в расплаве
КГ-КО-Кг^б
1.1 Растворимость БЮг в хлоридно-фторидных расплавах
1.2 Приготовление электролитов
1.3 Методики определения растворимости БЮа в КР-КС1-К281Кб
1.4 Результаты и обсуждение
1.5 Выводы по главе
Глава 2 Электропроводность и плотность расплавов
КГ-Ка-К^Гб-БЮг
2.1 Исследование объемно-транспортных свойств хлоридно-фторидных расплавов
2.2 Исследование плотности расплавов КТ-КСЛ-К^Рб-ЗЮг
2.2.1 Методика эксперимента
2.2.2 Результаты и обсуждение
2.3 Исследование электропроводности расплавов
КР-Ка-^Рб-БЮг
2.3.1 Методика эксперимента
2.3.2 Результаты и обсуждение
2.4 Выводы по главе
Глава 3 Взаимодействие диоксида кремния с расплавом КГ-КС1Кг^б
3.1 Взаимодействие диоксида кремния с расплавами
3.2 Методики исследования
3.2.1 Спектроскопия комбинационного рассеяния света
3.2.2 ДСК, ТГ солевых образцов и масс-спектроскопическое исследование газовой фазы
3.3 Результаты и обсуждение

3.4 Выводы по главе
Глава 4 Электролитическое получение кремния из расплавов КГ-КО-К^б и КГ-КС1-К281Г6-8Ю2
4.1 Получение кремния электролизом расплавов
4.2 Методы исследования
4.2.1 Циклическая вольтамперометрия
4.2.2 Электролитическое получение кремния из расплавов КТ-КСЛ-К^Рб и КГ-КС1-К281Р6-8Ю2
4.2.3 Методика исследования электролитических осадков кремния
4.3 Влияние кислорода на процесс электровосстановления кремния в расплаве КТ-КСЬ-К^Бб
4.4 Электролитическое получение кремния в расплавах КР-КС1-

4.4.1 Электролиз расплавов КВ-КО-К^Бб с использованием нерастворимого анода
4.4.2 Электролиз расплавов КР-КС1-К281Р6 с использованием растворимого анода
4.5 Электролитическое получение кремния из расплавов КГ-КО-К^Рб-БЮг
4.6 Влияние растворенного 8Ю2 на структуру и морфологию электролитических осадков кремния
4.7 Выводы по главе
Заключение
Список обозначений и сокращений
Библиографический список
Приложение А Оценка погрешности измерений

Разработка и освоение новых методов получения кремния имеют большое значение для современной промышленности и высокотехнологичных производств. Кремний имеет достаточно широкую сырьевую базу, активно используется в качестве компонента сплавов, легирующей добавки, раскислителя при выплавки чугуна. Кремний составляет основу современных полупроводниковых устройств, активно применяется в качестве конструкционного материала для фотоэлектрических элементов [1]. Современными методами могут быть получены кремниевые материалы с различной структурой и морфологией. Нанокомпозиты на основе кремния обладают уникальными свойствами. Они являются перспективным материалом для анодов в литий-ионных химических источниках тока повышенной емкости [2] и для фотоэлектрических элементов повышенной эффективности [3].
Разработка новых, более эффективных, способов получения кремния является актуальной задачей, это обусловлено растущим спросом на чистый кремний и наноматериалы на его основе.
Основным методом получения поликристаллического кремния на сегодняшний день является восстановление диоксида кремния углеродом [4]. Осаждением из газовой фазы [5, 6] или химическим травлением [7] получают наноматериалы на основе кремния. Существующие способы получения нано- и микроструктурированного кремния, достаточно энергоемки и имеют высокий процент тепловых потерь.
Перспективным методом для получения кремния является электролиз расплавов солей. Электрохимическим способом, могут быть получены осадки различной структуры и морфологии (от покрытий различной толщины до нанокристаллических структур) [8, 9]. При этом электролиз расплавов солей имеет относительно низкие энергозатраты на проведение процесса, не требует

100л
80-

£ 60-ф
■4-і

Ъ 40-сс 200 о 1—1—т—т—1 ‘1 '1—і—1-1—1—1—і—г—'—1—і—^—1—1—і—11—1—1—
' 0.0 20 40 60 80 100
т/г
Рисунок 3.3 - Эталонный масс-спектр тетрафторида кремния
3.3 Результаты и обсуждение
Методом КР спектроскопии проводили исследование расплавов КР-КС1-КгБіБб без добавок диоксида кремния и с добавкой 5 мол. % 8Юг.
На рисунке 3.4 представлены спектры КР расплава КР (65 мол. %) - КС1 (25 мол. %) - К28іРб (10 мол. %).
Рисунок 3.4 - КР спектры расплава КР - КС1 - К28іРб при Т, К: 1 - 988;