一种粒径可调控的高纯球形纳米硅粉的制备方法与流程

本发明属于球形纳米硅材料制备技术领域，涉及一种球形纳米硅的制备方法，尤其涉及一种粒径可调控的高纯球形纳米硅粉的制备方法。

背景技术：

硅是非常常见的元素，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色。硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，也是科学研究的重要材料，特别是近些年，随着电子工业的迅猛发展，硅产业也随之蓬勃发展。球形纳米硅粉主要用于锂电池负极材料、3d打印、电子材料等领域，市场前景广阔。但制备高纯球形硅微粉是一项跨学科高难度工程，目前制备纳米硅粉的方法主要有机械球磨法、气相化学沉积法、等离子蒸发冷凝法等。但对于球形纳米硅粉，特别是粒径可精确控制的高纯度的球形纳米硅粉，目前可低成本规模性产量的方法较少。

现有技术中，机械球磨法成本较低，但由于主要靠物理研磨使颗粒度变小，所以无法得到球形的纳米硅粉；气相沉积法以硅烷为原料，在气相环境下反应生成，但由于硅烷有较强的毒性，所以有较大的安全和环境隐患；等离子蒸发冷凝法一般使用电弧等离子体方法和射频感应(rf)等离子体方法；电弧等离子体法，如公开号为cn102910630a的发明专利，由于加热过程中电源电极会接触到热源，所以对所制备材料产生一定的污染；射频感应等离子体方法，如公告号cn203333311u，采用无电极方式，避免了电极与热源的接触，虽然不会对所制备材料产生污染，但放电过程会产生高压鞘层以及由此引起的离子壁溅射污染，并且考虑到射频感应频率一般mhz级别，频率较低，因此，电源工作功率一般较高，在规模化生产中耗电量较大，成本相对较高。

因此，如何找到一种更为适宜的球形纳米硅制备方法，能够制备得到纯度更高，粒度可控的球形纳米硅，同时还更加有利于工业化实现，已成为领域内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种纳米硅的制备方法，特别是一种球形纳米硅的制备方法，本发明提供的制备方法，避免了硅粉在制备过程中受到杂质污染，粒度均匀可调，制备的球形纳米硅具有更高的纯度，而且制备方法简单，环保，生产效率高，电耗和生产成本较低，更加适于规模化生产和应用。

本发明提供了一种球形纳米硅的制备方法，包括以下步骤，

a)在电磁波的作用下，在氮气和/或惰性气体的条件下，悬浮的硅粉经过球形化，再冷却后得到球形纳米硅。

优选的，所述电磁波包括微波、超短波和短波中的一种或多种；

所述氮气和/或惰性气体的压力为10pa～0.12mpa；

所述悬浮在氮气和/或惰性气体中的硅粉的浓度为0.1～1g/m³。

优选的，所述电磁波的作用具体为电离氮气和/或惰性气体；

电离的氮气和/或惰性气体能够产生相应的电子温度，并将热量传递给硅粉表面；

所述电磁波的波长为0.001～10m。

优选的，所述球形化的时间为0.1～3s；

所述球形化的温度为500～2500℃；

所述硅粉包括纳米级硅粉；

通过调节所述电磁波的功率可以调控所述球形纳米硅的粒径。

优选的，所述球形化的具体过程为：

悬浮的硅粉形成固液共存状态，在表面张力的作用下，形成球形；

所述冷却的方式包括水冷、风冷和自然冷却中的一种或多种；

所述冷却的具体步骤包括先采用风冷，再采用水冷。

优选的，所述硅粉为由原料硅经过研磨和除杂后的硅粉；

所述原料硅的纯度为99.9％～99.9999％；

所述硅粉包括高纯硅粉；

所述硅粉的纯度为99.9％～99.999％；

所述研磨的方式包括湿法球磨、湿法砂磨和湿法线切研磨中的一种或多种。

优选的，所述原料硅包括硅块；

所述原料硅的铁含量小于等于0.01％；

所述原料硅的铝含量小于等于0.01％；

所述原料硅的磷含量小于等于50ppm；

所述原料硅的钙含量小于等于0.01％。

优选的，所述研磨后的原料硅粉的粒度为50～1000nm；

所述除杂的具体步骤为：

将研磨后的原料硅粉和溶剂混合后，经过磁场除杂和高温除杂后，得到硅粉；

所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、异丙醇、聚乙二醇和聚醚中的一种或多种。

优选的，所述磁场除杂的磁场强度为1～10特斯拉；

所述磁场除杂的时间为0.1～3s；

所述高温除杂的温度为500～1000℃；

所述高温除杂的时间为30～60min。

优选的，所述球形纳米硅的粒径为20～700nm；

所述球形纳米硅的纯度为99.9％～99.999％。

本发明提供了一种球形纳米硅的制备方法，包括以下步骤，在电磁波的作用下，在氮气和/或惰性气体的条件下，悬浮的硅粉经过球形化，再冷却后得到球形纳米硅。与现有技术相比，本发明针对现有的球形纳米硅的制备方法，存在纯度和粒径难以控制，还存在工艺不环保和成本高等问题。

本发明创造性的将纳米级硅粉由惰性气体分散送入电磁感应腔体，利用微波产生的谐振效应作用于惰性气体，受到微波的电磁感应的激励作用，惰性气体部分电离，产生较高的电子温度，并将热量传递给硅粉表面，使纳米级硅粉达到固液共存状态，由于表面张力的作用形成球形，随后进入冷却腔体后，球形纳米硅粉迅速冷却，形成粒度均匀的固态球形纳米硅粉。而且通过调节通入的纳米硅粉的粒径，再结合控制微波源的输入功率，可以得到粒度可控的球形纳米硅粉。本发明制备的球形纳米硅粉，避免了硅粉在制备过程中受到杂质污染，具有更高的纯度，而且粒度均一且大小可调，球形度好。同时本发明提供的制备方法简单，环保，而且微波的频率高、波长短，相对于射频感应等而言，微波感应温度较低，一般在500～2500℃左右，所以制备方法生产效率高，电耗和生产成本较低，更加适于规模化生产和应用。

实验结果表明，本发明制备的球形纳米硅的纯度可达到99.9％以上，杂质元素fe<100ppm，al<100ppm，p<30ppm，ca<60ppm，能够做到反应过程不增加杂质含量。

附图说明

图1为本发明制备的球形纳米硅粉末扫描电镜图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或高纯球形纳米硅制备的常规纯度即可。

本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。

本发明所有工艺中，其简称均属于本领域的常规简称，每个简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够理解其常规的工艺步骤。

本发明提供了一种球形纳米硅的制备方法，包括以下步骤，

a)在电磁波的作用下，在氮气和/或惰性气体的条件下，悬浮的硅粉经过球形化，再冷却后得到球形纳米硅。

本发明原则上对所述电磁波的种类和参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述电磁波优选包括微波、超短波和短波中的一种或多种，更优选为微波、超短波或短波。所述电磁波的波长优选为0.001～10m(米)，更优选为0.005～8m，更优选为0.01～5m，更优选为0.05～3m，更优选为0.08～2m，具体可以为0.1～1m。

本发明原则上对所述电磁波的具体作用没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述电磁波的作用具体优选为电离氮气和/或惰性气体，更优选为电离氮气或惰性气体。

本发明为完整和细化整体制备工业，为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，优选的，电离的氮气和/或惰性气体能够产生相应的电子温度，并将热量传递给硅粉表面，更优选的，电离的氮气或惰性气体能够产生相应的电子温度，并将热量传递给硅粉表面。

本发明原则上对所述氮气和/或惰性气体的压力没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述氮气和/或惰性气体的压力优选为10pa～0.12mpa，更优选为0.05～50kpa，更优选为0.1～10kpa，更优选为0.5～5kpa，更优选为1～3kpa。

本发明原则上对所述悬浮在氮气和/或惰性气体中的硅粉的浓度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述悬浮在氮气和/或惰性气体中的硅粉的浓度优选为0.1～1g/m³，更优选为0.3～0.8g/m³，更优选为0.5～0.6g/m³。

本发明原则上对所述球形化的时间没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述球形化的时间优选为0.1～3s，更优选为0.5～2.5s，更优选为1～2s。

本发明原则上对所述球形化的温度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述球形化的温度优选为500～2500℃，更优选为700～2000℃，更优选为900～1800℃。

本发明原则上对所述硅粉的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述硅粉优选包括纳米级硅粉。

本发明为完整和细化整体制备方案，为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，优选通过调节所述电磁波的功率可以调控所述球形纳米硅的粒径，更优选通过调节所述电磁波的功率和/或硅粉的粒径，可以调控所述球形纳米硅的粒径。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述球形化的具体过程优选为：

悬浮的硅粉形成固液共存状态，在表面张力的作用下，形成球形。

在本发明中，悬浮的硅粉形成固液共存状态，优选指的是，悬浮的硅粉表面形成熔融状态。即悬浮的硅粉内部为固态，而表面为熔融的液态，定为固液共存状态。

本发明原则上对所述冷却的方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述冷却的方式优选包括水冷、风冷和自然冷却中的一种或多种，更优选为水冷、风冷和自然冷却中的多种。

本发明为完整和细化整体制备方案，更好的提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述冷却的具体步骤可以为先采用风冷，再采用水冷，具体可以为：

对纳米硅粒子采用分散气冷(风冷)，然后进一步水冷。

所述分散气冷的时间优选为5～10s，更优选为6～9s，更优选为7～8s。所述分散气冷的温度优选为200℃以上时，也可以为180℃以上或160℃以上。所述水冷具体为冷却至20℃以下。

本发明原则上对所述硅粉的来源没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述硅粉优选为由原料硅经过研磨和除杂后的硅粉。

本发明原则上对所述原料硅的纯度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述原料硅的纯度优选为99.9％～99.9999％，更优选为99.95％～99.9995％，99.99％～99.999％，99.993％～99.997％。

本发明原则上对所述原料硅的形貌没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述原料硅优选包括硅块，更优选为高纯硅块。

本发明原则上对所述原料硅的铁含量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述原料硅的铁含量优选小于等于0.1％，更优选小于等于0.05％，更优选小于等于0.03％。

本发明原则上对所述原料硅的铝含量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述原料硅的铝含量优选小于等于0.1％，更优选小于等于0.05％，更优选小于等于0.03％。

本发明原则上对所述原料硅的磷含量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述原料硅的磷含量优选小于等于50ppm，更优选小于等于40ppm，更优选小于等于30ppm。

本发明原则上对所述原料硅的钙含量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述原料硅的钙含量优选小于等于0.01％，更优选小于等于0.008％，更优选小于等于0.005％。

本发明原则上对所述硅粉的纯度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述硅粉优选包括高纯硅粉。具体的，所述硅粉的纯度优选为99.9％～99.999％，更优选为99.95％～99.995％，更优选为99.97％～99.99％。

本发明原则上对所述研磨的方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述研磨的方式优选包括湿法球磨、湿法砂磨和湿法线切研磨中的一种或多种，更优选为湿法球磨、湿法砂磨或湿法线切研磨。

本发明原则上对所述研磨后的原料硅粉的粒度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述研磨后的原料硅粉的粒度优选为50～1000nm，更优选为200～800nm，更优选为400～600nm。

本发明原则上对所述除杂的具体步骤没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述除杂的具体步骤优选为：

将研磨后的原料硅粉和溶剂混合后，经过磁场除杂和高温除杂后，得到硅粉。

本发明原则上对所述溶剂的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述溶剂优选包括水、乙醇、丙酮、异丙醇、聚乙二醇和聚醚中的一种或多种，更优选为水、乙醇、丙酮、异丙醇、聚乙二醇或聚醚。

本发明原则上对所述磁场除杂的磁场强度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述磁场除杂的磁场强度优选为1～10特斯拉，更优选为3～8特斯拉，更优选为5～6特斯拉。

本发明原则上对所述磁场除杂的时间没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述磁场除杂的时间优选为0.1～3s，更优选为0.5～2.5s，更优选为1～2s。

本发明原则上对所述高温除杂的温度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述高温除杂的温度优选为500～1000℃，更优选为600～900℃，更优选为700～800℃。

本发明原则上对所述高温除杂的时间没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述高温除杂的时间优选为30～60min，更优选为35～55min，更优选为40～50min。

本发明原则上对所述球形纳米硅的粒径没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述球形纳米硅的粒径优选为20～700nm，更优选为70～600nm，更优选为80～500nm，更优选为120～400nm。

本发明原则上对所述球形纳米硅的纯度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、质量要求和产品要求进行选择，本发明为提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，所述球形纳米硅的纯度优选为99.9％～99.999％，更优选为99.95％～99.995％，更优选为99.97％～99.99％。

本发明为完整和细化整体制备方案，更好的提高球形纳米硅微球的纯度，使得球形纳米硅微球具有更加均匀的粒径，保证粒径和反应过程可控，增加环保性和安全性，更加易于实现规模化低成本量产，上述球形纳米硅的制备方法具体可以为以下步骤：

1、原料：使用纯度在99.9％～99.9999％的硅块材料，铁含量小于0.1％，铝含量小于0.1％，钙含量小于0.01％，磷含量小于50ppm。

2、磨碎：利用线切割或砂磨机将原料硅块通过湿法磨碎，或利用气流粉碎机粉碎，得到50～1000nm的硅粉，粒度可以通过控制切割线径或砂磨机的磨珠粒径以及研磨或粉碎的时间来调控；

3、去杂：将磨碎后的硅粉，在液态环境下通过强磁场管道，可选用磁场强度在10特斯拉以内的超导强磁，去除金属杂质；并经过真空高温裂解反应，在500～1000℃将有机物分解，去除有机物。

4、球化：将纳米级硅粉，由惰性气体或氮气分散送入电磁感应腔体进行高温球化。

5、冷却：对球化后的硅纳米粒子采用分散气冷的方式，冷却5～10s，待温度降至200℃以下时，然后进一步水冷，冷却至20℃以下，得到球形纳米硅。

本发明在高温反应中得到固液共存的硅粉，由于表面张力的作用形成类球状的颗粒，从而得到球形纳米硅。高温反应腔体内利用微波产生的谐振效应作用于惰性气体，受到电磁感应的激励作用，惰性气体部分电离，产生较高的电子温度，并将热量传递给硅粉表面，使纳米级硅粉达到固液共存状态，由于表面张力的作用形成球形，随后进入冷却腔体后，球形纳米硅粉迅速冷却，形成粒度均匀的固态球形纳米硅粉。本发明能够通过调节通入的纳米硅粉的粒径，并通过控制微波源的输入功率，可以得到粒度可控的球形纳米硅粉。

本发明上述步骤提供了一种粒径可调控的高纯球形纳米硅粉的制备方法。本发明采用三步过程得到粒度可控、高纯度、低成本的球形纳米硅粉；第一步将纯度在99.9％～99.9999％的硅块材料通过破碎、湿法研磨的方式得到一定粒度的纳米级硅粉；第二步使用超导强磁去除硅粉内的金属元素并利用高温真空加热的方法去除湿法破碎或研磨过程中的添加的乙醇、聚醚等有机物质；第三步将纳米级硅粉由惰性气体分散送入电磁感应腔体，利用微波产生的谐振效应作用于惰性气体，受到微波的电磁感应的激励作用，惰性气体部分电离，产生较高的电子温度，并将热量传递给硅粉表面，使纳米级硅粉达到固液共存状态，由于表面张力的作用形成球形，随后进入冷却腔体后，球形纳米硅粉迅速冷却，形成粒度均匀的固态球形纳米硅粉。

本发明没有使用化学方法对原料进行洗涤，从而减少了生产过程对环境的污染。本发明对于原料采用超导强磁去除金属杂质，并通过高温热解去除有机物，未使用化学方法及化学药剂，减少了生产过程对环境的污染。而且：本发明利用微波产生的谐振效应，对纳米硅粉周边的惰性气体和纳米硅粉同时加热，受到微波的电磁感应的激励作用，惰性气体部分电离，产生较高的电子温度，并将热量传递给硅粉表面，使纳米级硅粉达到固液共存状态，由于表面张力的作用形成球形，随后进入冷却腔体后，球形纳米硅粉迅速冷却，形成粒度均匀的固态球形纳米硅粉。

本发明制备的球形纳米硅粉避免了在制备过程中受到杂质污染，具有更高的纯度，而且粒度均一且大小可调，球形度好。同时本发明提供的制备方法简单，环保，而且微波的频率高、波长短，相对于射频感应等而言，微波感应温度较低，一般在500～2500℃左右，所以制备方法生产效率高，电耗和生产成本较低，更加适于规模化生产和应用。

实验结果表明，本发明制备的球形纳米硅的纯度可达到99.9％以上，杂质元素fe<100ppm，al<100ppm，p<30ppm，ca<60ppm，能够做到反应过程不增加杂质含量。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种球形纳米硅的制备方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

实施例1

1、原料：使用纯度大于99.9％的原料硅块材料，铁含量小于0.01％，铝含量小于0.01％，钙含量小于0.01％，磷含量小于30ppm。

2、磨碎：利用线切割或砂磨机将原料硅块通过湿法磨碎，得到150～200nm的硅粉，粒度可以通过控制切割线径或砂磨机的磨珠粒径以及研磨时间来调控；

3、去杂：将磨碎后的硅粉，在液态乙醇环境下通过强磁场管道，选用磁场强度在10特斯拉的超导强磁，去除金属杂质；并经过真空高温裂解反应30min，在800℃将有机物分解，去除有机物。

4、球化：将纳米级硅粉，由惰性气体或氮气分散送入电磁感应腔体进行高温球化。

具体为，将上述经过除杂后的硅粉以1克/秒的速度加入电磁反应装置，氩气的通入速度为0.002立方米/秒，硅粉末与氩气充分接触；其中，反应腔内氩气压力为0.1mpa，悬浮在氩气中的硅粉的浓度为0.5～1g/m³。设置电磁波波长为0.33m，开启电磁波，功率为15kw在反应腔内电磁波作用下，悬浮在氩气中的硅粉通过电磁波区域，硅粉被氩气等离子体加热，2秒后通过区域后，得到球形纳米硅粉末。

对本发明实施例1制备的球形纳米硅粉末进行表征。

参见图1，图1为本发明制备的球形纳米硅粉末扫描电镜图。

由图1可知，本发明制备得到了球形的纳米硅，其中纳米硅的粒径为150～200nm。

对本发明实施例1制备的球形纳米硅粉末进行检测。

结果表明，球形纳米硅粉末的纯度>99.9％，铁含量为70ppm，铝含量为66ppm，磷含量为27ppm，钙含量为49ppm。这表明，本发明制备的球形纳米硅的纯度与原料硅粉的纯度基本相同。

实施例2

1、原料：使用纯度大于99.9％的原料硅块材料，铁含量小于0.01％，铝含量小于0.01％，钙含量小于0.01％，磷含量小于40ppm。

2、磨碎：利用线切割或砂磨机将原料硅块通过湿法磨碎，得到150～200nm的硅粉，粒度可以通过控制切割线径或砂磨机的磨珠粒径以及研磨时间来调控；

3、去杂：将磨碎后的硅粉，在液态乙醇环境下通过强磁场管道，选用磁场强度在8特斯拉以内的超导强磁，去除金属杂质；并经过真空高温裂解反应50min，在800℃将有机物分解，去除有机物。

4、球化：将纳米级硅粉，由惰性气体或氮气分散送入电磁感应腔体进行高温球化。

具体为，将上述经过除杂后的硅粉以0.8克/秒的速度加入电磁反应装置，氩气的通入速度为0.002立方米/秒，硅粉末与氩气充分接触；其中，反应腔内氩气压力为0.05mpa，悬浮在氩气中的硅粉的浓度为0.5～1g/m³。设置电磁波波长为0.125m，开启电磁波，功率为10kw在反应腔内电磁波作用下，悬浮在氩气中的硅粉通过电磁波区域，硅粉被氩气等离子体加热，3秒后通过区域后，得到球形纳米硅粉末。

对本发明实施例2制备的球形纳米硅粉末进行检测。

结果表明，球形纳米硅粉末的纯度>99.9％，铁含量为52ppm，铝含量为73ppm，磷含量为25ppm，钙含量为55ppm。这表明，本发明制备的球形纳米硅的纯度与原料硅粉的纯度基本相同。

以上对本发明提供的一种粒径可调控的高纯球形纳米硅粉的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。