金属硅十篇

金属硅篇1

本书主要介绍了高丰度的28Si的超高分辨率的光致发光研究。这种高丰度的硅同位素独有的特性，大大提高了光谱分辨率。本书揭示了该同位素的独特特性及其掺杂的详细成分，并纠正了先前研究中有误的地方。书中还介绍了几类不同的掺杂混合物成分，这些成分包含锂、铜、银、金、铂等金属的四或五个原子，并详细介绍了这些成分的性质和特点，如非声子跃迁能量、非声子同位素移动、局域振动模式的能量、局域振动模式能量的同位素移动。本书提供的关于这些同位素及其成分的数据，对解释其形成、稳定性及所具有性能的理论是非常有帮助的。

本书主要分为5章：1.引言和背景，主要介绍本书涉及到的一些基本概念和知识，包含硅同位素和硅中掺杂的过渡金属的一些基本特性；2.在硅同位素中观察到过渡金属成分的研究发展历史；3.相关的实验方法；4-5.结果讨论和分析。

本书为迈克尔·斯蒂格于2011年完成的加拿大西蒙弗雷泽大学博士学位论文。作者还因为本研究而获得了“优秀研究生院长奖章”。迈克尔·斯蒂格已发表了备受同行好评的若干篇学术论文，并参加多次国际学术会议。

本书适合于从事硅材料及半导体器件的研究生和研究人员阅读。

杨盈莹，助理研究员

（中国科学院半导体研究所）

金属硅篇2

【关键词】 硅藻土 天然特性 改性方法 污水处理 吸附机制

1 前言

近年来，由于冶金、矿产业的迅猛发展，大量含铅等重金属污水排入水系，渗入土壤，造成了严重的环境污染，因而含重金属污水的处理引起了人们的高度重视。在众多的污水处理介质中，硅藻土由于储量丰富、价格低廉、吸附能力强，脱颖而出[1-4]。但由于硅藻土呈粉体状，容易流失和堵塞吸附器，且再生困难，使得硅藻土在含重金属污水处理中的应用受到了很大的限制，必须进行功能性改性。

2 硅藻土的天然特性与改性研究现状

硅藻土大量生长于海洋、湖泊之中。其细胞壁规则、呈微孔结构，正是这种细胞壁作为硅藻土的新陈代谢通道，实现了硅藻细胞与水体的营养交换。由于地质的变迁与地球水面的减少，造成了大量的硅藻死亡，堆积状的硅藻遗骸经过初步成岩与长期地质作用便形成了硅藻土矿床；这种矿床，蕴含大量微孔结构生物硅质岩，进而被人们发现、开发，用作防火材料、过滤材料、吸附材料等[5]。

2.1 化学特性

相关研究[6-10]表明，我国各地区硅藻土原矿的化学成分正如表1所示[5]，主要为SiO2，所以具有较高的化学稳定性和热稳定性，不溶于除氢氟酸外的任何强酸，但在强碱环境下不能稳定存在。

2.2 物理特性

天然硅藻土因常常含有铁氧化物等杂质而呈灰、白、黄、绿甚至黑色，经提纯大多可转变成白色；硅藻土的微观形貌（如图1）一般呈圆筛、带条或圆柱等形状；国内硅藻土大多微孔丰富、质轻、易碎、硬度高，其堆密度、比表面积、孔体积以及孔径分布见表2[5、8、10-11]。硅藻土的物理特性在一定程度上决定着其吸附性能，一般来说，吸附量随着比表面积的增大而增大；吸附质在孔内的扩散速率随着孔径的增大而加快，而扩散速率的加快有利于吸附达到平衡。但在孔体积一定的情况下，比表面积与孔径呈反比，孔径越大，比表面积越低，进而导致平衡吸附量下降；当孔径一定时，孔容的增大有利于吸附量的提高[12-13]。

2.3 硅藻性研究现状

天然硅藻土一般都含有较多的杂质，这些杂质分布在硅藻土的体表与骨架中，堵塞微孔、占据吸附点位，使硅藻土的比表面积减少，阻碍溶液离子进入硅藻土骨架；同时，天然硅藻土还存在明显的构造缺陷，使硅藻土吸附能力的发挥受到极大限制。为了有效提高天然硅藻土的吸附能力，必需对其进行功能性改性。目前，国内外科技人员对硅藻土进行改性研究主要采用以下几类方法。

（1）常规改性：主要有擦洗法、焙烧法、酸改性三种，其效果不外乎去除硅藻土颗粒表面的杂质、提高硅藻土的纯度（特别是提高硅藻土SiO2的含量）、改善硅藻土的吸附性能[14-16]。（2）无机改性：硅藻土的无机改性主要是借助无机大分子改性剂的加入，并在硅藻土孔隙中均匀分散，进而形成柱层状缔合结构，以提高硅藻土的吸附能力[17-20]。（3）有机改性：硅藻土的有机改性主要是通过在硅藻土表面接枝功能性大分子，对其表面进行改性，从而提高硅藻土的吸附能力[21-22]。（4）柱撑改性：柱撑改性是指通过柱撑技术改善硅藻土的微孔或介孔结构，以期提高其吸附性能等。所谓“柱撑技术”是指向硅藻土等物质的层间植入金属氧化物聚合体，并通过烧结工序形成柱状体，以提高层间距、比表面积、表面活性等的一种工艺技术。但很多学者认为硅藻土不具备明显的层状结构，因而采用柱撑改性对硅藻土吸附性能的改善效果值得怀疑，有待深究与探讨[23-24]。

通过对国内外关于硅藻土的天然特性与改性研究现状的分析不难发现，过去对硅藻土的改性研究存在两大问题：一是已有研究主要着眼于改善硅藻土的物理构造，而忽视硅藻土的吸附机理；二是对硅藻土的吸附机理研究与改性研究严重脱节，也许这就是对于硅藻土的改性研究一直未能取得突破进展的原因所在。

3 硅藻土的创新改性研究与吸附Pb2+的机理探讨新动向[25]

3.1 材料与方法

3.1.1 原辅材料与试剂

（1）原辅材料；原辅材料包括硅藻土粉末、超细碳粉、膨润土、水玻璃等。其中，硅藻土粉末来源于浙江嵊州，其粒度中径为7.5μm，比表面积为58.0m2/g，密度为0.576g/cm3，孔径分布为30～400nm， SiO2含量为64.8%，Al2O3含量为16.4%，Fe2O3含量2.9%；超细碳粉需经研磨后过180目筛；膨润土等为烧结助剂；水玻璃（国标液-1级）为粘结剂。（2）试剂；试剂包括分析纯级硝酸铅、盐酸、氢氧化钠等。含铅废水由硝酸铅与蒸馏水配制而成。

3.1.2 改性试材制备方法

以硅藻土粉末为主要原料，将硅藻土粉末、超细碳粉、膨润土等按照一定比例均匀混合后加入水玻璃和水，经反复搅拌得泥料，陈化24小时后经制粒得大小均匀的球形料，借助陶瓷坩埚经煅烧获得新型改性硅藻土试材。煅烧过程在高温电阻炉中进行，煅烧程序为：升温至300℃保温120min继续升温至500℃保温60min通过造孔剂充分燃烧获得所需微孔升温至最终温度保温30min获得所需强度的新型改性硅藻土试材。

3.1.3 动态吸附实验

将改性硅藻土试材和天然硅藻土分别填入两个相同的吸附柱，将吸附柱的上端接入含铅废水，下端接入清水池，连续运行两周，观察吸附柱的堵塞情况与清水池中因流失而沉淀的改性硅藻土和天然硅藻土的量，分析改性硅藻土和天然硅藻土的流失率。

3.1.4 静态吸附实验

在200mL的锥形瓶中加入一定量的已知浓度含铅废水，用稀盐酸和氢氧化钠调节PH值至一定值，加入一定量的改性硅藻土试材后放入恒温振荡器中匀速振荡90min，待吸附完成后用离心机将改性硅藻土试材与吸附残液进行分离，取上清液用原子吸收分光光度计测定残余铅离子的浓度，计算吸附量。

3.1.5 铅离子的测定

按国标GB7475规定的方法测定溶液中Pb2+含量[26]。

3.1.6 改性硅藻土试材的表征

用扫描电镜（SEM））观察改性硅藻土试材的微观形貌，用X射线衍射仪（XRD）测定改性硅藻土试材的物相组成， 用气体吸附BET法测定改性硅藻土试材的孔径分布和比表面积，用阿基米德悬水重法测定改性硅藻土试材的显气孔率及体积密度。

3.2 研究结果

（1）以硅藻土为主要原料，以超细碳粉为造孔剂，以水玻璃为粘结剂，加入一定比例的水与烧结助剂制备新型改性硅藻土，最适宜的烧结温度为900～1000℃（如图2），最适宜的造孔剂添加量为7.0%（如图3），最适宜的硅藻土粉末粒径为2.40μm（如图4）。

（2）新型改性硅藻土与天然硅藻土相比，孔隙结构得到了明显改善（如图5所示SEM照片），物相组成由非晶质SiO2向方石英相转变（如图6所示XRD图），其气孔的形成机制包括液相形成和气孔形成两个过程（如图7所示），烧结过程升温速度以2～5/℃ min为宜。

（3）静态吸附实验表明新型改性硅藻土对Pb2+具有较好的吸附性能，与天然硅藻土相比对Pb2+吸附容量提高了78.0%（如图8）；动态吸附实验发现，新型改性硅藻土的可操作性明显优于天然硅藻土（如表3）。

（4）新型改性硅藻土对Pb2+等重金属离子的吸附机制：对Pb2+吸附过程速率控制步骤为Pb2+与新型改性硅藻土孔道内的基团发生的化学反应，更符合拟二级动力学模型（如表4）。

4 结语

综上所述，为了充分利用我国丰富的硅藻土资源，有效治理重金属对水资源等环境的污染，笔者提出三点期盼：（1）对于天然硅藻土的改性研究应着力寻求更为先进的方法，以期最大限度改善其吸附性能；（2）应有机结合各类改性方法，打造天然硅藻土最佳改性工艺；（3）应将理化特性、吸附机制研究和改性研究紧密联系在一起，不断改进和完善天然硅藻土的改性技术，最终形成系统的硅藻性与应用理论体系。

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金属硅篇3

******硅业有限公司前身为***天洁硅业有限公司，是中国天洁集团新能源材料有限公司下属企业，位于***县川口镇史纳村。2010年1月按照省、地、县淘汰落后产能政策，该公司在***下川口工业园兴建新厂，并于同年8月将企业名称变更为******硅业有限公司。

新建项目总投资达4.5亿元，占地200亩，力争建设全省最大的金属硅生产基地。主要新建9台18500KVA金属硅矿热炉及年产5万吨金属硅微粉项目。9台18500KVA金属硅矿热炉项目计划投资3亿元，分二期建设。一期投资6000万元，建设2台18500KVA金属硅矿热炉，已于2011年1月投产，年产金属硅在2.2万吨左右，经深加工后产值在3亿元左右；二期投资2.5亿元，建设7台18500KVA金属硅矿热炉，计划在2013全部建成投产。与其同时，该公司为达到节能降耗、节约成本、延伸产业链、提高附加值的目的，计划投资1.4亿元，配套建设余热发电和年产5万吨金属硅微粉等项目。

以上项目预计2013年底全部建成，建成后可年产金属硅10万吨左右、金属硅微粉5万吨，预计实现年产值15亿元，利税2.2亿元，可解决450人就业。

 

******硅业有限责任公司     

******硅业有限责任公司位于***工业园内，由***先奇实业有限公司投资。

该公司于2010年2月开工，占地157.29亩，计划总投资2亿元，新建5台18500KVA硅铁矿热炉及余热发电项目。目前，4台18500KVA硅铁矿热炉已全部建成并于2011年10月投产，具备年产6万吨硅铁的生产能力。1台18500KVA硅铁矿热炉已完成基础建设。余热发电项目正在建设，预计2012年底建成使用。项目全部建成后，年可生产硅铁8万吨，预计实现年产值5亿元，利税5000万元，可解决400人就业。

***鸿盛特种硅业有限公司

***鸿盛特种硅业有限公司位于***工业园内，占地52亩，计划投资1.2亿元。该公司新建项目为4×25000KVA铁合金矿热炉和2×3600KVA中、低碳铬铁精炼炉， 现已投资4000万，一期2×25000KVA铁合金矿热炉预计2012年7月投产，可年产硅铁4.2万吨，实现产值2.8亿元。2×25000KVA矿热炉和2×3600KVA精炼炉正在建设之中,预计2012年8月投产。项目全部建成投产后可年产硅铁8.4万吨，中、低碳铬铁12万吨，实现产值8.2 亿元，可解决420人就业，实现税收9800万元。

注：***鸿盛特种硅业有限公司由******第四福利铁合金厂和***兰海冶炼有限公司重组而成，公司于2010 年成立，法人代表:李承福。主要产品为硅铁、高纯硅铁及中、低碳铬铁等。

***天健硅业有限公司

***天健硅业有限公司于2011年5月成立，注册资金2600万元，位于***下川口工业园东区，是一家生产及销售高纯硅铁为主的铁合金企业。

该公司在工业园主要实行4台18500KVA铁合金矿热炉项目，分二期完成。一期工程总投资9180万元，建设2台18500KVA铁合金矿热炉，现已建成投产，年产硅铁、高纯硅3.6万吨，实现产值2.5亿元，与其同时，该公司为达到节能降耗、节约成本的目的，对已建成矿热炉装备了中、低压补偿等节能降耗设备，具有显著的节能降耗效果；二期2台18500KVA铁合金矿热炉计划于2013年6月筹资建设。

以上项目预计2014年全部建成，建成后可年产硅铁、高纯硅7万吨左右，预计实现年产值5亿元，利税  万元，可解决400人就业。对增加就业、促进区域经济和地方经济的发展具有积极意义。

金属硅篇4

[关键词]乌坭塘 金矿床 矿床成因 成矿规律

[中图分类号] Q178.535 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-100-1

0前言

乌坭塘金矿位于广东省东源县涧头、顺天两镇，处于灯塔盆地向斜轴部附近。该区岩浆活动频繁，构造规模大，多期次活动明显，成矿地质背景和成矿地质特征具备了形成中到大型金多金属矿的条件。

1区域地质背景

乌坭塘金矿位于武夷―河源成矿带西南段与南岭成矿带东段南缘的交汇部位，九连山褶皱隆起带东侧，河源深大断裂下盘灯塔盆地内。盆地基底为泥盆系、下石炭统、下侏罗统地层，盖层为上白垩统南雄群紫红色砾岩、砂砾岩和泥质砂岩、粉砂岩、泥岩组成。盆地周围岩浆活动频繁，期次较多，主要有印支期花岗闪长岩、燕山三期中粗粒斑状黑云母花岗岩。区内构造发育，在区域压扭应力场作用下，形成NNE、近SN向压扭性断裂带和NNW向张性断裂带，断裂带规模大，多期活动比较明显。区内矿产丰富，属骆湖洋坑―双江泮坑伴生Au、Ag多金属矿化带中，区域成矿地质背景好，成矿地质条件有利。

2矿区地质

2.1地层：矿区基底地层为侏罗系下统金鸡组，盖层为白垩系上统南雄群。侏罗系下统金鸡组岩性主要为石英砂岩、长石石英砂岩、细砂岩与炭质泥岩（煤线）互层，浅变质硅化砂岩，炭质泥质页岩。白垩系上统南雄群分为上下两个岩性段。下段砾岩层以紫红色砾岩、砂砾岩、含砾砂岩为主，夹细砂岩，砾岩成分含凝灰岩；上段砂页岩层为紫红色砂岩、粉砂岩、页岩、泥岩互层，局部夹有含炭砂岩。

2.2构造：区内构造发育，主要为顺天构造组和洋潭构造组，构造结构面呈舒缓波状，两侧见挤压片理化和退色蚀变，与金矿化关系密切。

2.2.1顺天构造组：顺天构造组由多条NNW向、近SN向和NE向硅化带、硅化破碎带、石英脉和蚀变带组成，累计长度13km，宽200～800m，向南尖灭，向北被第四系覆盖。可见黄铁矿、褐铁矿，有黄铁矿、褐铁矿部位一般都有Au异常，构造膨胀部位矿化比较好。

2.2.2洋潭构造组：洋潭构造组由NNE向、近SN向和NNW向硅化带、硅化破碎带组成，累计长17km，宽100～500m。可见黄铁矿。构造规模较大，多期次活动明显，Au异常比较连续，成矿现象较好。

2.3围岩蚀变：围岩蚀变主要是硅化和退色，蚀变分带明显，中部有细小石英脉穿插，硅化较强。向两侧逐渐变弱，硅化强的部位，有时见有金属矿物，硅化与金矿化关系比较密切。退色蚀变分布范围比较大，与矿化关系不太密切。

3矿体地质

3.1矿体特征

矿床工业类型为破碎带蚀变岩型金矿，赋存于构造带上，岩性为硅化带、硅化角砾岩带。矿体呈脉状产出，产状与构造产状一致，倾向80～90°，倾角50°。矿体出露地表，赋存标高130m。矿体厚度0.78～2.62m，矿体中无特高样品。

3.2矿化特征

金及其他多金属矿化主要分布在硅化带、硅化角砾岩带中，一般在构造膨大部位、拐弯部位矿化比较好。产状与构造一致，金与黄铁矿、黄铜矿伴生在一起，矿化不太均一，沿走向变化较大。围岩蚀变主要是硅化和退色，含矿岩性主要是硅质岩、硅化碎裂岩、硅化角砾岩等。

3.3矿石类型

根据矿区成矿地质特征、蚀变特征，并参照岩金矿床工业类型标准，矿床工业类型划分为破碎带蚀变岩型。

4矿床成因

4.1成矿物质来源

矿床位于武夷成矿带南西段与南岭成矿带东段交汇部位，九连山褶皱隆起带东侧，该区经历了前震旦纪、震旦纪到中新生代的构造演化，造成陆壳多次碰撞对接和拉张裂陷。频繁的断裂、断块活动，导致该区形成了新丰江、李田、青州、高坑、高丘岩体和大顶花岗岩体等和多次岩浆演化系列以及错综复杂的断裂构造叠加，同时，在深断裂控制下形成了NE向、NNE向、NNW向的构造岩浆侵入活动，并带来了多期次、丰富的成矿热液活动，特别是燕山晚期浅成相及超浅成相中基性岩浆活动为金活化、转移提供了必不可少的热动力和成矿物质。

4.2金的运移与沉淀

构造是矿液运移的通道和沉淀的场所，早期石英脉受后期构造的影响发生破碎，热液沿破碎带上升，形成硅化破碎带、硅化角砾岩带。含多金属硫化物的热液在其中萃取、活化，并在构造有利的扩容空间沉淀、聚集，最终形成了含多金属硫化物的硅化破碎带、硅化带、硅化角砾岩，从民采的坑道中看出，在石英脉膨大部位，硅化破碎较强，含金属硫化物较多，矿化较好。

4.3矿床成因

地下深处含矿热液沿断裂上升，在上升途中使围岩中部分成矿元素活化迁移到热液中，遇到构造膨大部位压力突然降低、流速变缓，含矿热液分解、沉淀、富集成矿。燕山晚期浅成相及超浅成相中基性岩浆活动提供了矿源和热源，构造为含矿溶液提供通道和沉淀的场所，因此，矿床为热液成因的蚀变岩型Au多金属矿床。

5成矿规律

根据区内金矿体产出地质特征，总结矿体成矿基本规律如下：

（1）区内构造发育，具多期性活动特点，金矿化多集中在构造规模大地段。顺天与洋潭构造组规模大，多期次活动明显，经观察有四期：石英脉充填―含黄铁矿硅质脉充填―含较多铁质硅质脉充填―石英脉充填。（2）金矿化分布在构造活动强地段。该区盖层形成后，受区域构造活动影响形成多沿基底断裂，石英充填其中，又受构造活动影响石英脉破碎，大量硅质热液沿破碎带上升形成硅化带，后期含多金属硫化物的硅质热液在构造有利部位发生分解、沉淀、富集成矿。（3）燕山晚期浅成相及超浅成相中基性岩浆活动提供了矿源和热源，地下卤水对金的活化、迁移及富集起着关键作用。金矿（化）体多富集在构造角砾岩和硅化破碎带中。（4）矿区成矿元素异常组合为Au―Ag―Cu―Pb―Zn，在组合异常与区域构造线成带配套出现地段，往往形成金矿（化）体。

金属硅篇5

[关键词]工业污水 低硅藻土 应用

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0009-01

1、前言：随着工业时代的到来和城市化进程的加快，污水的大量排放已严重的威胁到人们的正常生活。由于我国的小型工厂众多，分布面广阔，生产技术落后，污水排放量大，污水处理能力低下等原因，造成我国工业污染严重。目前我国污水处理材料主要有活性炭、硅藻土以及廉价废弃物等，其中低硅藻土以其独特硅藻壳体结构及性能，对污水有较强的净化效果。现阶段，我国对硅藻土在污水处理中的作用进行深入研究，并进行了大力的推广，对我国治理水污染有卓越的贡献。

2、低硅藻土的特性及处理原理分析

低硅藻土之所以能应用在工业污水处理之中，是因为有其独特的性质和污水处理能力，主要表现在以下几点：

2.1 低硅藻土的特性分析。硅藻土是一种非金属的矿物，它是由湖泊或海洋中的硅藻类残骸经过自然作用而形成，其主要化学成分为非晶质的二氧化硅。具有空隙大、比重小、表面积大、吸附能力强、耐酸、耐磨以及保温隔音等特性，在化工、医药、石化、冶金等多个行业的污水处理系统中得到广泛应用。

2.2 低硅藻土的污水处理原理分析。首先，硅藻土的表面有负电性，因此对带正电荷的胶体状污染物来说，通过对电的中和使胶体脱稳。其次，由于硅藻土的表面积大，吸附能力强同时还具有表面电性，因此在污水处理过程中，不仅处理胶体态与颗粒态的污染物，还能除去色度、溶态的磷以及金属离子等，尤其是对于工业污水中带正电的金属离子，去除效果显著。

2.3 低硅藻的处理特点分析。把低硅藻土用于工业污水处理之中是一项新技术，其主要特点表现在：A、硅藻土的耐冲击负荷力强，处理的效果稳定，与温度、水质以及水量等因素无关，适宜于含有毒物质以及冲击负荷大的工业污水处理；B、污水处理技术先进，占地面积少，设备与工艺简单，操作方便，建设容易；C、硅藻土的药剂用量不大，投放量小，去除率高，污水处理成本低；D、硅藻土的脱水性能好，其脱水性能比常用的化学污泥和生物污泥都要好，运用离心法或者板框压虑机进行脱水，制成含水率为60%左右的泥饼；E、用后的硅藻土回收利用率高。因硅藻土是天然矿物，具有良好的稳定性，通过适当的处理之后，可用于农业、建材以及污水处理中，没有二次污染。

3 工业污水处理过程中低硅藻土的应用分析。

由于低硅藻土的资源丰富，污水处理成本低，处理效果显著，在工业污水处理过程中得到广泛的推广与应用。

3.1 在处理酯肪酸与苯酚废水工程中的应用分析。产于内蒙古的硅藻土，在某污水处理厂对苯酚以脂肪酸的废水处理中做实践。其方法是，把硅藻土提纯之后，通过含1.0%十六烷基三甲基溴化铵和含1.0%的聚丙烯酰胺对其进行表面改性，制成新型的污水处理剂，其吸咐率能达到80%，效果明显，达到国家排放标准。

3.2 在有色污水处理中的应用。在我国的纺织业、造纸业、塑料化工业以及金属等工业中，每年都会产生大量有色污水。尤其是纺织业中的印染废水处理是环保关注的焦点。纺织业最常用的污水处理方法有生化法与物化法。但是，由于纺织业废水中含有毒物质较多，污水处理降低毒性成为最难解决的问题，有些染料在分解之后也会产生有毒的致癌物，单纯的物化与生化处理手段不能达到国家排放标准。因此，吸附作为一种新的污水处理技术受到广泛的关注。用于吸附的物质有活性炭、硅藻土以及矿物黏土等。硅藻土作为天然的、资源丰富的、多孔的吸附物质，成本仅有活性炭的1/400。因此，把硅藻土用于纺织污水处理系统中，能有效的降低污水处理成本，提高污水处理能力，达到国家排放标准。

3.3 在重金属离子污水处理中的应用。在我国的玻璃、电镀、陶瓷、采矿等工业生产中，排放出的污水含有大量的重金属离子，含有重金属离子的污水能使人产生畸形，发生癌变，对植物产生毒害。现阶段我国对重金属污水的处离通常采用沉淀法、离子交换法、电解法以及吸附法等。通过大量的实践表明，运用吸附法是除去污水中重金属最行之有效的方法。硅藻土以其表面积大、有负电荷的特点，特别适用于对重金属离子的吸附。

3.4 在有机化合物污水处理中的应用。在我国的炼油、焦化以及合成纤维等工业中，排出大量含苯酚的污水，这类污水可以使细胞蛋白质变性，损害人的肾脏、肝脏以及神经等，通过对硅藻土的改性作为吸附材料，处理此类有机化合物有良好的处理效果。大批的专家学者对此进行过研究，经过改性后的硅藻土的吸附能力比原土强得多，硅藻土对有机物的吸咐可分为两类，一种是化学吸附，一种是物理吸附。其中，以分子间的诱导力与色散力进行物理吸附。同时，在分子间存在较强的絮凝作用与深度效应为化学吸附。

3.5 对污水中其他物质的处理应用。用硅藻土处理污水，能有效去除水中细菌。通过实践表明，通过改性后的硅藻土体积与表面积增大，而堆密度减小，同时碱土金属结合在表面上，为吸咐污水中的氟提供更好的条件，能明显提高对氟的吸咐能力，是工业污水处理过程中最理想的净化剂。

4 结束语

总之，运用硅藻土处理工业污水是一种具有可操作性、低成本、便管理的污水处理工艺，作为吸附材料用于污水处理还下于实践阶段，加大对硅藻土作为污水处理原料的研究，对降低污水处理成本，保护自然环境有极其重要的研究价值。

参考文献

[1] 马焕春，白少元，解庆林.城市污水处理厂协同沉淀除磷与后续混凝除磷对比实验研究[J].广西科学院学报.2013（01）

金属硅篇6

1.要注意知识的纵向和横向对比。

纵向，即碳族元素的单质及化合物性质的递变规律的研究。如CH4和SiH4的稳定性强弱的比较，H2C03和H2Si03，的酸性强弱的比较等。

横向，即碳族元素跟同周期的氮族元素、氧族元素和卤素元素的对比。如Si、P、S、Cl的非金属强弱的比较，氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物酸性强弱的比较等。

2.要注意知识的归纳总结。如归纳硅及其化合物之间的转化关系，水泥、玻璃、陶瓷的生产过程等。在归纳时要注意各物质的特殊性，如CO的毒性和还原性，SiO2的特性(与Na2CO3、HF反应)等。

3.要重视所学知识与社会、生产、科技的联系。如半导体材料与计算机技术的联系，光导纤维与通讯的联系等

考点说明

碳、硅等元素知识也是非金属元素的命题热点之一，该类试题常以元素及其化合物知识为载体与化学基本概念、基本理论、化学实验及化学计算密切结合。考查的内容主要有：

1.C、CO的还原性;

2.CO、C02的检验与鉴别;

3.C02、CO等气体的制取和收集;

4.C02与Na0H、S02与C等反应产物的确定及计算;

5.几种新型无机非金属材料的性能和重要用途;

6.环境保护，消除碳氧化物污染的综合应用。

CO2作为化学与生物学相互联系的重要物质(CO2是植物光合作用的反应物，是动物新陈代谢的产物)，在今后的综合测试中应引起重视。

7.金刚石、石墨、晶体硅、二氧化硅的结构和性质

第一讲碳、硅及其化合物

第一节碳族元素

碳族元素位于元素周期表的ⅣA族，包括C、S、Ge、Sn、Pb，最外层电子数均为4个，易形成共价化合物。

1.碳族元素性质的递变规律

元素

性质碳(C)硅(Si)锗(Ge)锡(Sn)铅(Pb)

主要化合价+2、+4+4(只有+4)+2、+4+2、+4+2、+4

单质色、态无色或黑色固体灰黑色固体灰白色固体银白色固体蓝白色固体

氢化物RH4的稳定性

主要氧化物CO、CO2SiO2GeO、GeO2SnO、SnO2Pb、PbO2

最高价氧化物的水化物化学式H2CO3H2SiO3H4SiO4Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4

酸碱性酸性递减碱性递增(多数有两性)

金属性、非金属性非金属性递减、金属性递增

2.碳的化学性质

碳在常温下性质比较稳定，很难被氧化，但在点燃或加热的条件下也能跟其它物质发生化学反应。

①还原性：_________________________________________

②可燃性:__________________________________________

③氧化性：__________________________________________

3.一氧化碳和二氧化碳的比较

(1)一氧化碳

物理性质

五色无味气体，剧毒(结合血红蛋白)，难溶于水

化学性质

①可燃性

②还原性(与Fe304、CuO、H20的反应)

③不成盐氧化物

实验室制法

收集方法:排水法

检验方法:点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯，无水雾出现，罩沾有澄清的石灰水的烧杯，出现浑浊

工业制法主要用途:燃料、还原剂、化工原料

(2)二氧化碳

二氧化碳物理性质：无色略带酸味气体，无毒，能溶于水(1:1)固体时俗称干冰

化学性质

①不能燃烧，一般情况下不助燃;

②氧化性(与C、Mg的反应)

③酸性氧化物(与碱及碱性氧化物的反应)

④与盐[Ca(Cl0)2、Na2Si03、NaAl02、C6H5ONa]

收集方法：向上排空气法

体验：使澄清的石灰水变浑浊煅烧石灰石：CaC03=CaO+C02

用途：灭火剂、致冷剂、人工降雨、制纯碱、尿素等作用

4.硅及化合物

(1)硅

①晶体结构：与金刚石的晶体结构类似，是正四面体型空间网状结构的原子晶体。

②物理性质：硬度大、熔点高，具有金属光泽，是一种半导体，只能以化合态存在于自然界。

③化学性质：不活泼。注意下列化学反应的条件，前三者常温反应，后四者需加热。

第三个化学反应方程式说明NaOH等碱性溶液不使用玻璃塞的试剂瓶。

第四个化学方程式说明氢氟酸能用玻璃试剂瓶，而应用塑料瓶。

(3)硅酸

①制法：用可溶性硅酸盐与酸反应制取：

(思考，上述反应说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强这是为什么?)

②化学性质

常温可与F2、HF、NaOH反应，加热条件下可与O2、H2HNO3Cl2等物质反应

(2)二氧化硅

结构

化学性质：酸性氧化物(与碱性氧化物反应、碱反应)，特殊反应(HF),与碳反应

(3)硅酸

制法

化学性质

课堂之外

硅的制取：在半导体及集成电路的发展史上，硅是极其重要的角色，因此研究计算机的地方称为硅谷，集成电路需要超纯度的硅，它是怎样产生的呢?

Si02+2CSi+2C0

主要副反应为：Si02+3CSiC+2C0

因此生产的粗硅所含的杂质有C、Si02、SiC等，它们都是高熔沸点物质。为了提纯硅采用下列方法：

SiCl4的沸点很低，可以采用蒸馏的方法反复提纯，直所需的纯度。

2.铅的化合物与铅污染

铅的应用很广，如铅蓄电池、汽油抗爆震的添加剂四乙基铅[Pb(C2H5)]等，古代也有人用铅制成器皿，但铅是有毒的，古罗马帝国时兴用铅皿煮酒以消除酸味：

Pb+2CH3COOH=(CH3COO)2Pb+H2

(醋酸)铅糖

但由于铅糖是有毒的，不少的人因此而中毒。现代铅污染主要来源于汽车的尾气，环保部门已在很多城市禁止使用含铅汽油。

考题解析

例下列关于硅的说法不正确的是()

A.硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

D.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应

D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应

[解析]常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热和高温条件下，硅能与氧气、氢气起反应。选C。

[答案]C

例下列关于碳族元素的说法中，错误的是()

A.它们从上到下的非金属性向金属性递变的趋势比卤族元素明显

B.碳族元素的气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱

C碳

族元素原子的最外层都有4个电子

D.主要化合价有+2价和+4价，大多数+2价化合物稳定

[解析]由碳族元素主要化合价及有关物质性质递变规律,

金属硅篇7

摘要:

为将铜绿假单胞菌应用于重金属污染环境的生物修复，以硅藻土(1～3mm)、硅藻土(3～6mm)、活性炭和轻石为材料，通过测定不同材料的吸水率、菌体吸附与释放作用及制备菌剂的活菌数，筛选出适宜的菌剂载体．结果表明，在设定的载体浓度下(0～20g·L－1)，不同载体的菌体去除率随浓度提高而增大，Q值在4．90%～49．60%之间;载体负载量随浓度提高而减小，L值在923．33～82．83mg·g－1之间;硅藻土、活性炭的Q值在30min达到最大．硅藻土(1～3mm)、硅藻土(3～6mm)、活性炭和轻石的吸水率依次为60．3%、43．3%、23．4%和33．1%;以上4种载体制备的菌剂(菌剂A、B、C和D)的活菌释放率依次为27．4%、28．8%、19．7%和37．1%．室温保存30d后，菌剂A活菌数为6．25×108CFU·g－1，减少了78．4%，菌剂B活菌数为1．12×1010CFU·g－1，是初始值的5．38倍，菌剂C的活菌数为2．95×108CFU·g－1，减少了73．9%，菌剂D的活菌数为3．61×109CFU·g－1，增殖了127．0%．可见，载体浓度及吸附时间显著影响其对菌体的吸附作用，3～6mm硅藻土的负载量适中，菌体存活率高，活菌释放率高，可作为铜绿假单胞菌的菌剂载体．

关键词:

铜绿假单胞菌;菌剂;载体;硅藻土;活性炭;轻石;吸附作用

农田土壤重金属污染问题已引起人们的高度重视，研制微生物菌剂用于污染土壤的修复，可有效降低农产品安全风险，促进农田可持续经营．假单胞菌是广布于自然环境中的革兰氏阴性菌，具有氧化降解生物表面活性剂等作用，能在碳氢化合物、多氯联苯等污染的环境中存活［1－4］，还可通过外排泵及细胞内的氧化还原酶系统对重金属产生抗性，具有重金属污染修复潜力［5－7］．铜绿假单胞菌是一种众所周知的植物根际促生菌，具有根际集群能力强、世代时间短、易于遗传操作、能够产生铁载体、分泌植物抗病物质及生长调节物质等作用，已被广泛用作生防菌［8，9］．一些研究表明，铜绿假单胞菌具较强的重金属耐性和富集能力［10，11］，具有一定的重金属生物修复潜力;且有研究表明，芽孢杆菌制成的颗粒状菌剂已用于废水中金属离子的回收［12］;酵母菌R32经凝胶海藻酸钠包埋固定后可较好地去除水中六价铬［13］．通过选择适当的载体，将具有根际促生作用的铜绿假单胞菌制成菌剂并用于农业重金属污染修复，可为农产品安全生产提供技术支持．现有可供选择的菌剂载体种类繁多、性能各异，以硅藻土最为常见，活性炭和轻石等载体亦具良好的吸附性能［14－20］．硅藻土对水中Cd2+、Pb2+具有较好的吸附效果［21］，已有用做荧光假单胞菌P13菌剂的载体的研究报道［22］;活性炭是重金属的常用吸附剂［23］;轻石具有一定吸附能力并被用做光催化载体［24］，经赤泥改性的浮石吸附剂可去除水体中的砷［22］;周铁海等［25］也以浮石为载体，制备了La3+和Fe3+掺杂TiO2的复合光催化剂，用于去除污水中的TOC．目前，有关农田重金属污染修复微生物菌剂的研究极少，本课题组前期从水稻根际土壤分离出一株具有良好的镉富集能力的铜绿假单胞杆菌，该菌株对水稻生长有一定的促进作用．本研究通过评价硅藻土、活性炭及轻石作为菌剂载体的吸附作用、吸水率及其制备菌剂的有效菌体的释放率、菌体存活率等，筛选出合适的菌剂载体，为铜绿假单胞杆菌菌剂的开发与应用提供依据．

1材料与方法

1．1试验材料载体材料硅藻土和轻石均购买自上海秋草园艺设备有限公司，硅藻土A的粒径为1～3mm，硅藻土B的粒径为3～6mm，呈灰白色，质地较软，质量轻，具有含大量微孔，空腔和通道的复杂结构;轻石又称浮石或浮岩，质量轻，能浮于水，多孔，表面粗糙，吸附能力较强．颗粒状活性炭购买自上海展云化工有限公司，黑色颗粒状，具多孔结构，比表面积约1000m2·g－1．各载体材料经过两次高压灭菌(121℃，30min)、烘干后备用．供试铜绿假单胞杆菌菌株为课题组分离出的耐镉菌株(甘油保存，－80℃超低温冰箱)，菌株采用牛肉膏蛋白胨液体培养基活化、培养，培养基pH7．2，培养温度37℃．

1．2试验方法

1．2．1载体对菌体的吸附作用在无菌条件下，分别将0．1、0．2、0．4、0．8、1．2、1．6和2．0g载体加人到装有90mL牛肉膏蛋白胨液体培养基的250mL锥形瓶中，保持37℃，pH=7．2，混匀，然后加入10mL培养24h的菌悬液，在恒温摇床上吸附30min，测定不同载体的菌体去除率Q和载体负载量L［22］．Q(%)=(C－C')/C×100，菌体质量以细胞湿重计算，C、C'分别为吸附前后溶液中菌体的质量浓度(mg·L－1);L(mg·g－1)=(C－C')/C0，C0为载体用量(g·L－1)．同时，分别称取1．0g不同载体，加入100mL的菌液中，设置载体浓度为10g·L－1的处理，在吸附的5，10，15，20，25，30min，分别测定菌体去除率Q和载体负载量L，分析两者随时间的变化．各处理设3次重复．

1．2．2不同载体吸水率的测定称取载体材料100g，在无菌条件下，加入无菌水，混匀并使载体材料湿润，保持疏松、不结块，吸水率以100g载体所含的液体量表示，各处理3次重复．

1．2．3菌剂的制备及其有效菌体释放率的测定称取等量的硅藻土A、硅藻土B、活性炭、轻石于小烧杯中，经两次高压灭菌，每次121℃处理30min，65℃烘干备用;在无菌条件下，根据4种载体材料的吸水率加入铜绿假单胞菌菌液，混匀并保持载体材料湿润、疏松、不结块，制成菌剂．制备的菌剂依次命名为菌剂A、菌剂B、菌剂C和菌剂D，并放置在阴凉处室温保存．保存2d后分别取0．1g菌剂加入到盛有100mL无菌水的250mL锥形瓶中，37℃恒温摇荡2h后，立即稀释涂布，测定有效菌体释放率，各试验3次重复．有效菌体释放率(%)=释放细菌密度/接种细菌密度(CFU)×100%［22］．

1．2．4菌剂中菌体存活率的测定在菌剂室温保存的2、7、14和30d，分别称取0．1g菌剂，加人到盛有100mL无菌水的250mL锥形瓶中，恒温摇荡培养2h后进行稀释涂布，测定活菌数，菌体存活率用测定值与初始菌数的比值表示，试验3次重复．

1．2．5数据处理与统计分析数据处理采用MicrosoftExcel软件进行，统计分析采用DPSV7．05和SPSS17．0系统软件，样本平均数的差异显著性比较采用LSD法进行．

2结果与分析

2．1载体浓度对吸附效果的影响由图1可见，不同的载体菌体去除率Q均随载体用量的增加而增大．在载体浓度小于2g·L－1时，活性炭的菌体去除率最高(11．2%);在浓度为4g·L－1时，Q值为:硅藻土A(18．5%)＞活性炭(14．4%)＞硅藻土B(11．7%)＞轻石;在浓度大于4g·L－1时，菌体去除率为:硅藻土A＞硅藻土B＞活性炭＞轻石．在载体浓度为20g·L－1时，4种载体对铜绿假单胞杆菌的去除能力分别为49．60%、41．57%、36．02%、19．40%．载体负载量L随载体浓度的增大而减小(图1)，在载体浓度小于4g·L－1时，L值为:硅藻土A＞活性炭＞硅藻土B＞轻石;在浓度大于4g·L－1时，L值为:硅藻土A＞硅藻土B＞活性炭＞轻石;在浓度为20g·L－1时，4种载体的L值分别为373．3、217．7、162．3、82．8mg·g－1．

2．2吸附时间对吸附效果的影响由图2可见，在0～5min，4种载体对铜绿假单胞杆菌的吸附速率较高，Q值为:活性炭(26．4%)＞硅藻土A(21．4%)＞硅藻土B(17．4%)＞轻石(16．6%);负载量L值为:硅藻土A(211．7mg·g－1)≈活性炭(194．6mg·g－1)≈硅藻土B(142．3mg·g－1)＞轻石(129．4mg·g－1)，前三者无显著差异．随着吸附时间的增加，载体的吸附速率明显下降，负载量逐渐增大．在处理30min时，吸附基本达到平衡，以硅藻土A的菌体去除率和载体负载量最大，硅藻土A、硅藻土B、活性炭及轻石的Q值依次为:48．1%、40．8%、43．0%、33．1%，L值依次是470．6、332．6、294．6、255．4mg·g－1．

2．3不同载体材料的吸水率和有效菌体释放率由表1可见，不同载体的吸水率存在显著差异，不同载体的吸水能力为:硅藻土A＞硅藻土B＞轻石＞活性炭．活性炭有效菌体的释放率为19．7%，两种规格的硅藻土的有效释放率没有显著差异，分别为27．4%、28．8%，轻石的有效释放率为37．1%，轻石、硅藻土均具有良好的释放作用．

2．4不同菌剂的活菌数在室温条件下，不同菌剂中的铜绿假单胞杆菌存活数量存在显著差异，且随保存时间的变化而变化(图3)．在试验的保存时间内，菌剂A和菌剂C中的活菌数小于初始值，菌剂B和菌剂D中的活菌数大于初始值．由表1可见，不同菌剂接种后的活菌数量为:菌剂A(2．90×109)＞菌剂B(2．08×109)＞菌剂D(1．59×109)＞菌剂C(1．13×109)，在保存30d后，菌剂A活菌数为6．25×108CFU·g－1，减少了78．4%，菌剂B活菌数为1．12×1010CFU·g－1，是初始值的5．38倍，菌剂C的活菌数为2．95×108CFU·g－1，减少了73．9%，菌剂D的活菌数为3．61×109CFU·g－1，增殖了127．0%．

3结论与讨论

通过比较不同材料及其制备菌剂的性能，发现3～6mm硅藻土的吸附与释放能力均较好，制备的菌剂菌体的存活率高，可用于制备铜绿假单胞菌菌剂．3～6mm硅藻土制备的菌剂保存30d时的存活率高达540．6%，表明该载体的孔隙结构等有利于菌株的生长，每g菌剂含菌量为1．12×1010CFU，略高于马荣梅等［26］在最优条件下制备的菌剂的含菌量．3～6mm硅藻土制备的菌剂室温下保存至30d的含菌量高于1～3mm硅藻土的，这可能与较大粒径的硅藻土具有的微孔、空腔和通道结构，更适合菌体存活与增殖．本研究筛选的菌剂载体为单一载体，选择的硅藻土、活性炭及轻石均为常见材料，硅藻土的成本相对也较低，制备的菌剂性能较好，具有一定的应用前景．然马荣梅等［26］研究发现，对于液体XM菌剂，混合载体比单一载体的吸菌效果更好，更适合微生物的生长繁殖，叶峰等［27］则将具高效降解三苯类物质能力的活性污泥，进一步在由麦麸、红木屑、硅藻土组成的特定载体上发酵扩大培养，制成了复合菌剂．本试验对铜绿假单胞菌菌剂载体材料的可行性及其性能进行了初步研究，关于混合载体或专用载体的筛选以及复合菌剂的制备等还有待深入研究，在本研究的基础上，有望为进一步提高菌剂的性能奠定基础．

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金属硅篇8

【关键词】处理剂 环保 多功能

涂抹在金属外表的处理剂是一层涂装物质。它可以在常温状态下比较短的时间内去掉金属外表的杂质，在金属外表层形成保护膜，使其免受腐蚀。同时，它还和器具具有良好的契合性，以及美观的装饰性。

1 现用表面处理剂存在的不足

现在比较常见的处理剂有两种，第一种主要以除油去污为目的。其主要成分是碳酸钠、偏硅酸纳等，同时加入阴离子等活性剂或者分散剂，制作成工业用的清洗剂，使用超声波机等机器进行杂质清除。而去锈使用的主要是盐酸，同时加入一些缓蚀剂等物质，把需要除锈的物体放置到除锈剂中，实现去锈的目的。这种处理剂的不足主要体现在处理过程比较繁杂，需要对处理剂进行加热，需要耗费大量水资源；同时，清洗需要的时间也比较长。更大的缺点是清洗剂会形成酸雾，给环境造成严重污染，还会对同一环境中的其他机器和设备造成严重腐蚀。

第二种处理剂的主要成分是磷酸。其中加入一些成膜剂、活性剂等物质。这种处理剂比第一种处理剂有很大改进，一般宣称为二合一或者四合一处理剂。它主要通过磷酸和活性剂等物质的共同作用，在金属外表层形成磷化膜，不但可以实现去油除锈的目的，同时还可以隔绝空气，起到防锈的目的。而且使用比较方便，可以直接涂抹在金属材料表面。但是这种处理剂也有其自身的不足，那就是这种处理剂在金属外层形成的磷化膜是一种灰黑色的物质，手感比较粗糙，这对于那些不能改变原来颜色和手感的金属物质，就不能使用这样的操作方式进行外表处理。

2 新型金属表面处理剂的探究

由于人们对环境保护越来越重视，对环境没有污染以及可以和金属外表有机结合的处理剂成为研究者关注的重点，并且这方面的研究也已经取得了一定的进展。本文的研究对象主要是硅烷偶联剂。研究内容：对硅烷溶剂的水解程度产生影响的主要因素。研究方式：电导率测定法。使用这一方式的原因主要是不会对水解系统造成影响和破坏，对溶剂的水解、PH值等会对水解系统稳定性带来影响的因素进行测量。研究过程：把钢材原料浸泡在硅烷溶液中，经过一定的固化措施在钢材的表面形成硅烷薄膜。研究结果：对硅烷薄膜的性能进行验证，对硅烷薄膜的制作过程对其性能的影响进行检验。2.1 实验部分

2.1.1？原料与仪器

原料：乙烯基二氯硅烷，由哈尔滨化工研究所提供： 钢铁基材：5 0 mm x 5 0 mm。

仪器： DDS一307型电导率仪，由上海精密科学仪器有限公司生产；CHI650型电化学分析仪，生产厂家，上海辰华仪器公司。其他试剂和仪器均是日常实验室经常经常见到的试剂和仪器2.1.2？实验方法

（1） 原材料处理。对选择的钢材要先进行碱化处理，去除表面的油脂和铁锈，再用砂纸对钢材的表面加以打磨，使其更加细致、光滑，之后在空气中自然晾干。经过这一系列的处理之后才能在实验中使用。

（2）硅烷水溶液制作。使用去离子水与乙醇的混合物来溶解乙烯基二氯硅烷，制作成乙烯基二氯硅烷溶液：其中去离子水与乙醇和乙烯基二氯硅烷之间的比例为5∶ 5：90。其制作过程：先把乙醇添加到去离子水中，把溶液放置在磁力搅拌器上，把溶液混合均匀；之后把乙烯基二氯硅烷慢慢加入到混合好的溶液中；再次加入少量的乙酸对溶液的PH值进行调节，让其保持在4.s；最后，持续对溶液进行混搅大约3小时，直到溶液呈透明状。

（3）硅烷偶联剂水解经过监察。本实验使用电导率测定法对整个乙烯基二氯硅烷在溶液中水解的详细经过进行监察。

（4）硅烷膜的制作技术。把硅烷充分溶解到水溶液中之后，把钢材放置于溶液中2分钟，之后把钢材取出，放置在烘箱中对之进行加热，让钢材，表面生成硅烷膜。整个过程的温度控制在70～80度，时间保持在1小时之内（图1）。

2.1.3？硅烷膜抗腐蚀性检测

经过对硅烷膜抗腐蚀性的检测，能够证明硅烷膜具备抗腐蚀能力，同时也能够得出把硅烷膜用作金属防腐蚀处理层时，可以让处理层的抗腐蚀能力得到极大的提升。因此，本研究挑选了几组样品：

（1）没有处理的样品；

（2）磷化操作过的样品；

（3）用硅烷溶液操作过的样品。对它们的抗腐蚀性分别进行检测。

根据GB9274- 88通过3%NaCl溶液（pH一7）展开抗腐蚀检测。根据GB1733- 79，GB1763- 79展开抗水性检测、抗酸碱性检测。根据GB5936- 86展开3%CuS04溶液点蚀检测。2.2 实验结论探讨

2.2.1？水解技术过程中的影响元素

使用水和乙醇的混合物对硅烷进行水解，比单独使用去离子水水解的时候，水解液的电导率发生了巨大的改变。同时，其电导率随着硅醇比重的增加而逐渐增高，这说明硅烷溶液变得更加稳定。PH值对于硅烷的变化有巨大的影响。PH值越高，水解程度越大，否则缩合越高。在PH值呈现中性时，水解速度最慢，PH值在4～5之间时，缩合速度更慢。因此，在选择溶液的PH值的时候，需要考虑硅烷的结构和性质。

2.2.2？浸泡时间

对硅烷进行操作需要的时间比较短。分析其原因主要是在浸泡的过程中硅烷分子吸收过程非常快，而硅烷膜的形成主要在固化环节。经过大量的实验证明，硅烷吸收发生的时间非常短，因此，浸泡的时间对硅烷膜的形成并无太大影响。而硅烷膜的薄厚主要是看硅烷溶液的稀稠。所以，本文研究钢材在硅烷溶液中的浸泡时间是2分钟。

2.2.3？硅烷膜的抗腐蚀性

（1）盐水浸泡检测。浸泡检测前对样品进行这样的处理，如图2展示。

不同样品在盐水浸泡过程中外表发生的变化和腐蚀速度如表1所示：

从表1中可以看出，使用硅烷溶液处理后的样品在抗腐蚀性方面比磷化处理后样品的抗腐蚀性要好得多。由于乙烯基二氯硅烷在80度的时候可以形成最好的固化膜，因此，本文把实验的温度确定在70～80度。固化时间的选择主要是在0.5小时，1小时，2小时三个时间点，效果最好的是1小时的效果最好。

2.3 点蚀检测和孔隙率的检测

根据GB5936- 86展开3%CuSO4溶液点蚀检测。把CuSO4溶液涂抹在样品表层，各个样品表层发生改变的情形如下：没有处理的样品即刻生成红斑，磷化处理的样品在5分钟之后发生变化，而硅烷处理的样品在24小时之后还没有出现任何变化。其比较结果说明硅烷处理后的样品抗腐蚀性比磷化处理的效果要好的多。根据GB5935-86检测了硅烷处理样品和磷化处理样品的孔隙率，在10分钟后两个样品都没有生成蓝斑。这说明在致密性方面，两种样品没有区别。

2.4 研究总结

（1）水解溶液使用水和乙醇溶液，这种溶液的性能比较稳定，可以确保硅烷基的比例，形成质量比较高的比较好的硅烷溶液。

（2）处理后的钢材在硅烷溶液中浸泡2分钟，温度掌握在70～80度之间，固化时间掌握在0.5小时～1小时之间抗腐蚀性最好。

（3）经过抗水性检测、盐水检测、抗酸碱性检测，表明使用硅烷处理样品的抗腐蚀性比磷化处理的性能好。

（4）本文挑选乙烯基二氯硅烷作为金属表面处理剂。检测结果说明，把磷化预处理替换为硅烷技术，对环境污染更少、投资更低、抗腐蚀性更好。

（5）本产品可以用于汽车零件的处理，可以确保汽车6年内不会出现锈蚀，对于提高国产汽车零件的性能有非常好的作用。

3 新型钢铁表面处理剂的制作

现用的钢铁表面锈渍处理方法都有难度大、污染重、处理效率差且处理效果差的缺点。因此，我们需要从实用、方便、抗腐蚀效果好的角度出发，研发新型钢铁表面处理剂。

3.1 技术探究

除去成膜物质和有机溶剂不说，主要对去锈的物质进行探究。从去锈的效果来说，使用的溶液主要有丹宁酸与磷酸，前者和铁锈发生反应，生成黑色物质。生成物的性质和丹宁酸的型号有关，性能不太稳定，结果不好控制；磷酸和铁锈发生反应，产生物质的性能比较稳定，具有研究价值。

3.2 溶液配方的挑选和确定

通过技术选择和检测，最后选择20种溶液进行下一步选择。这20种配方的实验指标如图3所示，从图中可以看出9号配方性质比较稳定。

3.3 处理剂的涂抹方式

（1）处理加工过程：钢铁材料一表层清理净化一涂抹本处理剂一干燥一涂装。

金属硅篇9

 

关键词：氢化非晶硅 多晶硅 晶化                         the preparation methods of polycrystalline silicon film

abstract: at present，the preparation methods of polycrystalline silicon film，including low pressure chemical vapor deposition、solide phase crystallization、excimer laser annealing、 rapid thermal annealing、metal induced  crystallization、plasma enhanced chemical vapor deposition，are being developed. we review typical preparation methods of polycrystalline silicon film、crystallization mechanism、their advantage and disadvantage.

keywords: a-si:h,polycrystalline silicon, crystallization 

1 前言

    多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种：

2 低压化学气相沉积（lpcvd）

    这是一种直接生成多晶硅的方法。lpcvd是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀，装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过lpcvd法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6pa，沉积温度td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。 lpcvd法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有<110>择优取向，形貌呈“v”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。

3 固相晶化(spc)

    所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用lpcvd方法在550℃左右沉积a-si:h薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，t.aoyama等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，spc多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高spc多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜, 晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于spc是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，通常需要1100 ℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。

4 准分子激光晶化(ela)

    激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-si向p-si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns )能量被a-si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-si薄膜的制备，又能满足lcd及oel对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns )，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。准分子激光退火晶化的机理：激光辐射到a-si的表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度ec。a-si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子－空穴对，增加了自由电子的导电能量，热电子－空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传给晶格，导致近表层极其迅速的升温，由于非晶硅材料具有大量的隙态和深能级，无辐射跃迁是主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若激光的能量密度达到域值能量密度ec时，即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约10m/s的速度深入材料内部，经过激光照射，薄膜形成一定深度的融层，停止照射后，融层开始以108-1010k/s的速度冷却，而固相和液相之间的界面将以1-2m/s的速度回到表面，冷却之后薄膜晶化为多晶，随着激光能量密度的增大，晶粒的尺寸增大，当非晶薄膜完全熔化时，薄膜晶化为微晶或多晶，若激光能量密度小于域值能量密度ec，即所吸收的能量不足以使表面温度升至熔点,则薄膜不发生晶化。一般情况下,能量密度增大，晶粒增大，薄膜的迁移率相应增大，当si膜接近全部熔化时，晶粒最大。但能量受激光器的限制，不能无限增大，太大的能量密度反而令迁移率下降。激光波长对晶化效果影响也很大，波长越长，激光能量注入si膜越深，晶化效果越好。 ela法制备的多晶硅薄膜晶粒大、空间选择性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、迁移率高达到400cm2/v.s，是目前综合性能最好的低温多晶硅薄膜。工艺成熟度高，已有大型的生产线设备，但它也有自身的缺点，晶粒尺寸对激光功率敏感，大面积均匀性较差。重复性差、设备成本高，维护复杂。

5 快速热退火（rta）

    一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。最后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火处理。平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6～15nm)；若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大(23～46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小；而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米硅晶粒大小。为了弄清楚升温量变化快慢对所形成的纳米硅大小晶粒的影响，采用晶体生长中成核理论。在晶体生长中需要两步：第一步是成核，第二步是生长。也就是说。在第一步中需要足够量的生长仔晶。结果显示：升温快慢影响所形成的仔晶密度.若单位时间内温度变化量大,则产生的仔晶密度大；反之,若单位时间内温度变化量小，则产生的仔晶密度小。rta退火时升高退火温度或延长退火时间并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一种从非晶硅中分形生长出纳米硅的生长机理：分形生长。从下到上，只要温度不太高以致相邻的纳米硅岛不熔化，那么即使提高退火温度或延长退火时间都不能完全消除其中的非晶部分。 rta退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。

6 等离子体增强化学反应气相沉积（pecvd）

    等离子体增强化学反应气相沉积（pecvd）法是利用辉光放电的电子来激活化学气相沉积反应的。起初，气体由于受到紫外线等高能宇宙射线的辐射，总不可避免的有轻微的电离，存在着少量的电子。在充有稀薄气体的反应容器中引进激发源（例如，直流高压、射频、脉冲电源等），电子在电场的加速作用下获得能量，当它和气体中的中性粒子发生非弹性碰撞时，就有可能使之产生二次电子，如此反复的进行碰撞及电离，结果将产生大量的离子和电子。由于其中正负粒子数目相等。故称为等离子体，并以发光的形式释放出多余的能量，即形成“辉光”。在等离子体中，由于电子和离子的质量相差悬殊，二者通过碰撞交换能量的过程比较缓慢，所以在等离子体内部各种带电粒子各自达到其热力学平衡状态，于是在这样的等离子体中将没有统一的温度，就只有所谓的电子温度和离子温度。此时电子的温度可达104℃，而分子、原子、离子的温度却只有25～300℃。所以，从宏观上来看，这种等离子的温度不高，但其内部电子却处于高能状态，具有较高的化学活性。若受激发的能量超过化学反应所需要的热能激活，这时受激发的电子能量（1～10ev）足以打开分子键，导致具有化学活性的物质产生。因此，原来需要高温下才能进行的化学反应，通过放电等离子体的作用，在较低温度下甚至在常温下也能够发生。

   

pecvd法沉积薄膜的过程可以概括为三个阶段：

1.sih4分解产生活性粒子si、h、sih2 和sih3等；

2.活性粒子在衬底表面的吸附和扩散；

3.在衬底上被吸附的活性分子在表面上发生反应生成poly-si层，并放出h2；

    研究表面，在等离子体辅助沉积过程中，离子、荷电集团对沉积表面的轰击作用是影响结晶质量的重要因素之一。克服这种影响是通过外加偏压抑制或增强。对于采用pecvd技术制备多晶体硅薄膜的晶化过程,目前有两种主要的观点.一种认为是活性粒子先吸附到衬底表面,再发生各种迁移、反应、解离等表面过程,从而形成晶相结构,因此,衬底的表面状态对薄膜的晶化起到非常重要的作用.另一种认为是空间气相反应对薄膜的低温晶化起到更为重要的作用,即具有晶相结构的颗粒首先在空间等离子体区形成,而后再扩散到衬底表面长大成多晶膜。对于sih4:h2气体系统,有研究表明,在高氢掺杂的条件下,当用rf pecvd的方法沉积多晶硅薄膜时,必须采用衬底加热到600℃以上的办法,才能促进最初成长阶段晶核的形成。而当衬底温度小于300℃时,只能形成氢化非晶硅(a-si:h)薄膜。以sih4:h2为气源沉积多晶硅温度较高，一般高于600℃，属于高温工艺，不适用于玻璃基底。目前有报道用sic14:h2或者sif4:h2为气源沉积多晶硅，温度较低，在300℃左右即可获得多晶硅，但用cvd法制备得多晶硅晶粒尺寸小，一般不超过50nm，晶内缺陷多，晶界多。

7 金属横向诱导法(milc)

    20世纪90年代初发现a-si中加入一些金属如al，cu，au，ag，ni等沉积在a-si∶h上或离子注入到a-si∶h薄膜的内部，能够降低a-si向p-si转变的相变能量，之后对ni/a-si:h进行退火处理以使a-si薄膜晶化，晶化温度可低于500℃。但由于存在金属污染未能在tft中应用。随后发现ni横向诱导晶化可以避免孪晶产生，镍硅化合物的晶格常数与单晶硅相近、低互溶性和适当的相变能量，使用镍金属诱导a-si薄膜的方法得到了横向结晶的多晶硅薄膜。横向结晶的多晶硅薄膜的表面平滑，具有长晶粒和连续晶界的特征，晶界势垒高度低于spc多晶硅的晶界势垒高度，因此，milc tft具有优良的性能而且不必要进行氢化处理。利用金属如镍等在非晶硅薄膜表面形成诱导层，金属ni与a-si在界面处形成nisi2的硅化物，利用硅化物释放的潜热及界面处因晶格失错而提供的晶格位置，a-si原子在界面处重结晶，形成多晶硅晶粒，nisi2层破坏，ni原子逐渐向a-si层的底层迁移，再形成nisi2硅化物，如此反复直a-si层基本上全部晶化，其诱导温度一般在500℃，持续时间在1o小时左右，退火时间与薄膜厚度有关。

                

    金属诱导非晶硅晶化法制备多晶硅薄膜具有均匀性高、成本低、相连金属掩蔽区以外的非晶硅也可以被晶化、生长温度在500℃。但是milc目前它的晶化速率仍然不高，并且随着热处理时间的增长速率会降低。我们采用milc和光脉冲辐射相结合的方法，实现了a-si薄膜在低温环境下快速横向晶化。得到高迁移率、低金属污染的多晶硅带。

8 结束语

    除了上述几种制备多晶硅薄膜的主要方法外，还有超高真空化学气相沉积(uhv/cvd )、 电子束蒸发等。用uhv/cvd生长多晶硅，当生长温度低于550℃时能生成高质量细颗粒多晶硅薄膜，不用再结晶处理，这是传统cvd做不到的，因此该法很适用于低温多晶硅薄膜晶体管制备。另外，日立公司研究指出，多晶硅还可用电子束蒸发来实现，温度低于530℃。因此，我们相信随着上述几种多晶硅制备方法的日益成熟和新的制备方法的出现，多晶硅技术的发展必将跨上一个新的台阶，从而推动整个半导体产业和相关行业的发展。

参考文献：

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金属硅篇10

【关键词】硅片清洗原理；湿法化学清洗；干法清洗技术；束流清洗技术

1、引言

硅片的质量，尤其是硅抛光片的表面质量，随着大规模集成电路的发展，不断减小的线宽，不断提高的集成度，其要求也就越来越严格。这是由于器件的质量和成品率很关键在于金属杂质沾污和抛光片表面的颗粒。目前仍有50%以上的材料在目前的集成电路生产中被损失掉，都是由于硅抛光片表面被沾污了。可见器件的成品率和质量跟抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污有着莫大的关系。抛光片表面大于0.2μm的颗粒数应小于20个/片，抛光片的表面金属杂质沾污应全部小于5×1016at/cm2，影响电路的临界颗粒尺寸为0.06μm。这些都是线宽为0.35μm的64兆DRAM器件的要求。本文基于这一背景，对硅片清洗原理与方法进行了探讨。

2、硅片清洗的基本理论

2.1硅片的表面状态与洁净度问题

硅片的表面最理性的状态应该是：有规则的硅原子排列终止形成，以共价键结合的内部的硅原子，因为未饱和的外方向的价键，可以俘获电子表面态，所以表面外部没有其他的原子。可是现实中不会存在这种理想的硅片表面，由外表面和内表面组成的真实的硅片，表面上常常会因为在外露的环境中发生吸附和氧化，有一层厚度上达上百埃或者几个埃、几十个埃的自然氧化层。硅片的内表面是能级密度为1011～1012个/cm2，不但存在着施主能级，而且存在着受主能级的硅与自然氧化层的界面。而外表面是环境气氛和自然氧化层的界面，它的吸附现象很复杂，它的表面能级受到内表面能级的不同程度的影响，且能够与内表面交换电荷，吸附一些污染杂质原子。进行清洗是为了让硅片的表面洁净，可是表面的洁净却一直以来都没有具体的标准。在制造工艺方面来看，如果器件特性并没有因为污染物质而受到特别的影响，那就说明硅片的清洁度是合格的了。

2.2吸附理论

硅晶的一个断面形成了硅片表面，这个表面又叫做不饱和键，原因是打开了一层或多层硅原子的键，呈现一层到几层的悬挂键，全部的晶格都是处在被破坏了的状态。上述这些是根据结晶学得知的，而根据物化性质可以知道，所说的“吸附”，就是指处在不稳定状态的非饱和化学键由于化学活性高，很容易就和周围的原子或者分子结合起来。何为“解吸”？意思是指被吸附的杂质粒子在它们平衡位置附近并不是固定不动的，由于它们不断的振动，其中就会有一些重新回到周围介质比如空气中去的被吸附的杂质粒子（它们能够脱离硅片表面的动能都是通过被吸附的杂质粒子不断振动而获得的）。一般而言，硅片表面层所吸附的杂质粒子不会处于动荡状态，反而一直会维持动态平衡，因为的解吸的同时，会有另一些粒子重新被吸附到硅片的表面。

3、硅片清洗的常用方法与技术

本文除了对束流清洗技术和干法清洗等主要清洗方法进行简单的介绍外，重点论述了湿法化学清洗的常用方法、所遵循的基本原理以及相关的技术手段。因为约有20%的工序在半导体器件生产中涉及到硅片的清洗，必须要选择不同的技术手段和清洗方法来满足不同工序不同的清洗要求和目的。

3.1湿法化学清洗

干法化学清洗和湿法化学清洗作为化学清洗的两种常用方法，目前在硅片表面清洗中以后者为主要的清洗手段。具体的过程是指让杂质通过加热、超声、抽真空等措施从硅片的表面解吸，或者让杂质和油污通过和各种有机溶剂和化学试剂发生溶解或者化学反应达到解吸，接着用大量的高纯冷、热水冲洗，最后完成硅片表面的洁净。

3.2干法清洗技术

相对湿法化学清洗来说，我们所说的干法清洗，是指在清洗过程中不使用溶液。干法清洗有可以分为“半干法”和“全干法”两大类，主要是看是否完全不使用溶液工艺，比如清洗技术中汽相法清洗属于前者，等离子清洗属于后者。而这两种清洗技术都是目前最常用的干法清洗技术。

3.3束流清洗技术

通过硅片表面的沾污杂质和有较高能量的呈束流状的物质流发生化学作用，从而完成对硅片表面杂质的清洗，这一种清洗技术就叫做束流清洗技术。激光束技术、冷凝喷雾技术和微集射束流清洗技术是目前常用的束流清洗技术。

参考文献

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[2]刘传军，赵权，刘春香，杨洪星.硅片清洗原理与方法综述[J].半导体情报，2000，02：30-36.