×
10.01.2013
216.012.1849

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002471709
Дата охранного документа
10.01.2013
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к нанотехнологиям в области химии. Способ включает взаимодействие соединения кремния тетраэтилортосиликата с восстановителем - боргидридом натрия в присутствии ионной жидкости, содержащей катион диалкилимидозолия, в среде органического растворителя и отделение образовавшихся наночастиц кремния. В качестве ионной жидкости может быть использован 1,3-диметилимидазолий йодид, в качестве органического растворителя - диглим. Взаимодействие проводят в атмосфере инертного газа. Изобретение обеспечивает получение нанокристаллического кремния в отсутствии галогенидов кремния и металлического натрия в условиях гомогенного протекания реакции. Способ технологичен и хорошо воспроизводим. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области неорганической химии и нанотехнологии и может быть использовано при получении нанокристаллического кремния.

Известны способы получения нанокристаллического кремния, основанные на восстановлении галогенидов кремния водородом, осуществляемые в газовой фазе (см. например, US 7091138, 15.08.2006, US 7758839, 20.07.2010).

Получаемые такими способами наночастицы кремния могут содержать на своей поверхности галогенидные лиганды, которые придают нанокремнию способность гидролизоваться в присутствии влаги воздуха.

Известно получение наночастиц кремния из жидкой фазы в электрохимической ячейке при использовании кремниевого анода (US 6585947 01.07.2003).

Известный способ является довольно дорогим.

Описан способ получения нанокристаллического кремния, согласно которому проводят спекание при температуре около 800 К тонкоизмельченного силицида магния и аэросила с последующим растворением и вымыванием оксида магния в подкисленном водном растворе, и с последующей очисткой нанокристаллического кремния осаждением этанолом и растворением в трихлорметане (RU 2411613, 10.02.2011).

Однако данный способ является многостадийным, что приводит к низкому выходу целевого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения нанокристаллического кремния, включающий восстановление тетрагалогенсилана щелочным металлом в присутствии ионной жидкости на основе соединения, содержащего катион дизамещенного имидазолия, с последующим отделением образовавшейся дисперсии кремниевых наночастиц (RU 2415079, 27.03.2011).

Недостатком известного способа является сложность его осуществления и нестабильность процесса из-за использования гигроскопичных галогеносиланов, а также из-за того, что восстановление протекает в гетерогенной среде на границе разделе фаз.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого и надежного способа получения нанокристаллического кремния в гомогенной среде без использования сильнодымящих тетрагалогенсиланов и обладающего хорошей воспроизводимостью.

Поставленная задача решается описываемым способом получения нанокристаллического кремния, который включает взаимодействие соединения кремния - тетраэтилортосиликата с восстановителем - боргидридом натрия в присутствии ионной жидкости, содержащей катион диалкилимидозолия, в среде органического растворителя и последующее отделение образовавшихся наночастиц кремния.

Предпочтительно, в качестве ионной жидкости используют 1,3-диметилимидазолий йодид.

Предпочтительно, в качестве органического растворителя используют диглим.

Предпочтительно, взаимодействие проводят в атмосфере инертного газа.

В объеме вышеприведенной совокупности признаков достигается заявленный технический результат, заключающийся в том, что нами разработан хорошо воспроизводимый синтез нанокремния из безгалоидного кремнийсодержащего сырья. Используемый тетраэтилортосиликат (ТЭОС) является довольно инертным химическим соединением, он лишь гидролизуется в условиях кислотного катализа, и, как мы экспериментально установили, ТЭОС не реагирует с NaBH4. С другой стороны, NaBH4 не восстанавливает ионы имидазолия до N-гетероциклического карбена, но обеспечивает восстановление смеси растворов ТЭОС и диалкилимидазолий йодида, что приводит к стабильному протеканию реакции с получением нанокристаллического кремния.

Дополнительным преимуществом способа является то, что используемое сырье ТЭОС является достаточно дешевым продуктом, так как данное соединения является побочным продуктом при получении силана безгалоидным способом.

Выбор других исходных соединений для осуществления способа обусловлен следующим.

В качестве органического растворителя предпочтительно использование диглима из-за хорошей растворимости в нем боргидрида натрия. Взаимодействие смеси ТЭОС'а и ионной жидкости, содержащей катион диалкилимидозолия, в частности в виде 1,3-диметилимидазолий йодида (mmimJ), с NaBH4 в отсутствие обособленных реакций ТЭОС'а или mmimJ с NaBH4 обусловлено кислотно-основными и окислительно-восстановительными взаимодействиями. Алкоголят-ион является сильным основанием, сопоставимым по силе с карбеном, и в присутствии NaBH4 реализуется образование карбена с одновременным образованием спирта, причем карбен образует связи C-Si с поверхностными атомами наночастиц кремния, формирующихся под действием восстановителя - NaBH4. Восстанавливает ТЭОС до кремния натриевая часть боргидрида, а ВН3 образует донорно-акцепторные связи с атомами кислорода диглима и при воздействии влаги воздуха образует борную кислоту с выделением водорода, что было обнаружено экспериментально. Побочным продуктом реакции является NaJ.

Предложенное изобретение поясняется с помощью следующих иллюстраций.

На фиг.1 представлен снимок, показывающий ПЭМ-изображение конгломерата полученных наночастиц кремния.

На фиг.2 представлено ПЭМ-изображение наночастицы кремния.

На фиг.3 представлены спектры люминесценции и возбуждения дисперсии нанокремния в присутствии воды.

Ниже приведен конкретный пример осуществления заявленного способа и описаны характеристики полученного целевого продукта.

Ионную жидкость (ИЖ) состава 1,3-диметилимидозолий иодид (MmimJ) в количестве от 2,3 до 6 ммоль и NaBH4 в количестве от 2,1 до 3,5 ммоль растворяют в диглиме в количестве от 8 до 20 мл при 90°С. (Диглим выбран в качестве растворителя, потому что в нем хорошо растворяется NaBH4 - 24 г на 100 г диглима при 25°С). К смеси добавляют жидкий ТЭОС в количестве от 1,0 до 1,5 ммоль. Реакцию проводят в сосуде Шленка с обратным холодильником и магнитной мешалкой в атмосфере аргона или иного инертного газа в течение 1,5-3 часов. Через полчаса после начала реакции раствор желтеет, и интенсивность окраски увеличивается по мере протекания реакции. Через 3 часа реакционная смесь приобретает желто-красный оттенок. Скорость реакции зависит от концентрации NaBH4. После окончания взаимодействия отделяют дисперсию наночастиц от твердой фазы. Размер кристаллов кремния в дисперсии составил 4-7 нм.

Фотолюминесценция у полученной дисперсии нанокремния практически отсутствует, но после добавления ¼ объема воды или метилового спирта возникает яркая фотолюминесценция с максимумом при λ=483 нм (см. фиг.3). Так как вода и спирт взаимодействуют с кремнием, то можно сделать вывод, что фотолюминесцируют поверхностные состояния нанокремния.

Аналогичным образом осуществлено получение нанокремния с использованием других доступных ионных жидкостей, содержащих катион диалкилимидозолия, и, в частности, с соединениями общей формулы (R1-NC3H3N-R2)+, где R1 выбран из алкилов C16, a R2 выбран из алкилов C16 или фенила, т.е. с теми же соединениями, которые использовались в способе по прототипу. Реакция протекала так же, как описано выше, а характеристики полученного целевого продукта были аналогичны приведенным на фиг.1 -3.

Из фиг.1 следует, что полученные наночастицы кремния (о чем можно судить по данным спектроскопии энергетических потерь электронов - 105 eV для полосы Si-L2.3), расположены дискретно, имеют размер кристаллов 4-7 нм и не демонстрируют тенденции к агломерации.

На фиг.2 показано межплоскостное расстояние (около 1,919±А), что свидетельствует о принадлежности полученных наночастиц к кремнию.

Таким образом, предложенный способ получения нанокристаллического кремния в объеме заявленной совокупности признаков протекает в гомогенной среде, что выгодно отличает его от гетерогенного восстановления соединений кремния на границах раздела с капельками щелочных металлов, который описан в прототипе.

Заявленный способ характеризуется хорошей воспроизводимостью и высокой технологичностью.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 17.
10.04.2013
№216.012.34ec

Способ заряда аккумулятора от солнечной батареи и устройство для осуществления способа

Использование: в областях электротехники и энергетики. Технический результат заключается в повышении коэффициента преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в мощность, расходуемую на заряд аккумулятора. При напряжении солнечной батареи 1 меньшем, чем напряжение заряда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479091
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.01.2015
№216.013.1777

Способ доставки в скважину, ориентирования и тампонирования датчиков параметров состояния горного массива и устройство для его осуществления

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для доставки датчиков в скважину. Способ состоит в том, что датчик и порция раствора для его тампонирования доставляются в скважину одновременно в специальной капсуле, причем порция тампонирующего раствора упаковывается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537435
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.04.2015
№216.013.394a

Нанокомпозит на основе азотосодержащих углеродных нанотрубок с инкапсулированными частицами кобальта и никеля и способ его получения

Изобретение относится к области химической технологии получения композитных углерод-металлических материалов и может быть использовано при изготовлении катализаторов, сорбентов, наполнителей полимеров, фармацевтических препаратов, неподвижных хроматографических фаз. Нанокомпозитный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546154
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3fe7

Способ разработки сланцевых нефтегазоносных залежей и технологический комплекс оборудования для его осуществления

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи нефти и газа при разработке сланцевых нефтегазоносных залежей. Технический результат - снижение общего объема работ по бурению добычных скважин при освоении сланцевых залежей. По способу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547847
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.10.2015
№216.013.820b

Способ гидравлической добычи угля из газонасыщенных пластов

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и в частности к скважинной разработке угольных месторождений. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при разработке свиты газоносных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564888
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.10.2015
№216.013.83ab

Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых крутого падения вблизи водных объектов

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых комбинированным способом, и в частности к отработке залежей крутого падения, в том числе трубкообразной формы, вблизи водных объектов. Техническим результатом является предотвращение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565310
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.11.2015
№216.013.9281

Способ комбинированной (открыто-подземной) разработки месторождений полезных ископаемых в гористой и холмистой местности

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых комбинированным способом, в частности, в гористой и холмистой местности. Техническим результатом является снижение объемов и стоимости вскрышных работ и их вредное влияние на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569122
Дата охранного документа: 20.11.2015
10.02.2016
№216.014.c233

Способ шахтно-скважинной добычи сланцевой нефти и технологический комплекс оборудования для его осуществления

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи трудноизвлекаемой, преимущественно сланцевой, нефти. Технический результат - упрощение операций по гидроразрыву пласта и обеспечение возможностей их совмещения во времени с процессом добычи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574434
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.02.2016
№216.014.c353

Способ и устройство гидравлического разрыва низкопроницаемых нефтегазоносных пластов

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи нефти и газа при разработке сланцевых нефтегазоносных залежей (плев). Сущность заключается в том, что перед операциями гидроразрыва в продуктивном пласте путем взрыва создают прискважинную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574652
Дата охранного документа: 10.02.2016
27.03.2016
№216.014.daf5

Способ шахтно-скважинной добычи трудноизвлекаемой (битумной) нефти и технологический комплекс оборудования для его осуществления

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использовано для добычи трудноизвлекаемой высоковязкой (битумной) нефти. По способу осуществляют капитальные горные работы по вскрытию залежи битумной нефти шахтными стволами и подземными горно-подготовительными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579061
Дата охранного документа: 27.03.2016
Показаны записи 1-10 из 25.
10.04.2013
№216.012.34ec

Способ заряда аккумулятора от солнечной батареи и устройство для осуществления способа

Использование: в областях электротехники и энергетики. Технический результат заключается в повышении коэффициента преобразования мощности, генерируемой солнечной батареей, в мощность, расходуемую на заряд аккумулятора. При напряжении солнечной батареи 1 меньшем, чем напряжение заряда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479091
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.01.2015
№216.013.1777

Способ доставки в скважину, ориентирования и тампонирования датчиков параметров состояния горного массива и устройство для его осуществления

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для доставки датчиков в скважину. Способ состоит в том, что датчик и порция раствора для его тампонирования доставляются в скважину одновременно в специальной капсуле, причем порция тампонирующего раствора упаковывается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537435
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.04.2015
№216.013.394a

Нанокомпозит на основе азотосодержащих углеродных нанотрубок с инкапсулированными частицами кобальта и никеля и способ его получения

Изобретение относится к области химической технологии получения композитных углерод-металлических материалов и может быть использовано при изготовлении катализаторов, сорбентов, наполнителей полимеров, фармацевтических препаратов, неподвижных хроматографических фаз. Нанокомпозитный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546154
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3fe7

Способ разработки сланцевых нефтегазоносных залежей и технологический комплекс оборудования для его осуществления

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи нефти и газа при разработке сланцевых нефтегазоносных залежей. Технический результат - снижение общего объема работ по бурению добычных скважин при освоении сланцевых залежей. По способу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547847
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.10.2015
№216.013.820b

Способ гидравлической добычи угля из газонасыщенных пластов

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и в частности к скважинной разработке угольных месторождений. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при разработке свиты газоносных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564888
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.10.2015
№216.013.83ab

Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых крутого падения вблизи водных объектов

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых комбинированным способом, и в частности к отработке залежей крутого падения, в том числе трубкообразной формы, вблизи водных объектов. Техническим результатом является предотвращение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565310
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.11.2015
№216.013.9281

Способ комбинированной (открыто-подземной) разработки месторождений полезных ископаемых в гористой и холмистой местности

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых комбинированным способом, в частности, в гористой и холмистой местности. Техническим результатом является снижение объемов и стоимости вскрышных работ и их вредное влияние на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569122
Дата охранного документа: 20.11.2015
10.02.2016
№216.014.c233

Способ шахтно-скважинной добычи сланцевой нефти и технологический комплекс оборудования для его осуществления

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи трудноизвлекаемой, преимущественно сланцевой, нефти. Технический результат - упрощение операций по гидроразрыву пласта и обеспечение возможностей их совмещения во времени с процессом добычи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574434
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.02.2016
№216.014.c353

Способ и устройство гидравлического разрыва низкопроницаемых нефтегазоносных пластов

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи нефти и газа при разработке сланцевых нефтегазоносных залежей (плев). Сущность заключается в том, что перед операциями гидроразрыва в продуктивном пласте путем взрыва создают прискважинную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574652
Дата охранного документа: 10.02.2016
27.03.2016
№216.014.daf5

Способ шахтно-скважинной добычи трудноизвлекаемой (битумной) нефти и технологический комплекс оборудования для его осуществления

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использовано для добычи трудноизвлекаемой высоковязкой (битумной) нефти. По способу осуществляют капитальные горные работы по вскрытию залежи битумной нефти шахтными стволами и подземными горно-подготовительными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579061
Дата охранного документа: 27.03.2016
+ добавить свой РИД