The role of isopropanol-containing solvent on the silicon powders properties

Abstract

Denne masteroppgaven tar sikte på å undersøke innflytelsen av ulike løsningsmidler på ulike egenskaper ved silisium, inkludert overflategrupper, partikkelstørrelse, spesifikk overflateareal og morfologi. Silisium blir mye brukt innen elektronikk som halvledere og legeringer. Silisiumprodukter brukes ofte i kombinasjon med løsningsmidler. Frakt av silisiumpulver i løsningsmidler eller ulike typer mølling krever ulike løsningsmidler. Optimalisering av løsningsmidlet i disse rollene kan forbedre ytelsen og gi høyere kvalitetsprodukter. Denne oppgaven sikter på å øke kunnskapen om og effekten av løsningsmidlet for å oppnå dette. Fire prøver ble preparert, alle med samme forhold mellom Silgrain og løsningsmiddel. Én prøve brukte ren isopropanol som løsningsmiddel, mens de tre andre prøvene brukte et løsningsmiddel bestående av isopropanol og vann med varierende pH-nivåer. Deretter ble prøvene tørket for å få pulver til analyse. Ytterligere prøver med silisium wafer i stedet for Silgrain ble laget som referanse. Overflateegenskapene til partiklene ble undersøkt ved hjelp av skanningselektronmikroskopi (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) analyse, Barrett-Joyner-Halenda (BJH) porestørrelsesfordelingsanalyse, Fourier-transform infrarød (FTIR) spektroskopi og røntgendiffraksjon (XRD) analyse. Resultatene viste at løsningsmidler har stor innvirkning på partikkelegenskapene. Si, Nøytral ga den minste partikkelstørrelsen, etterfulgt av Si, IPA, deretter Si, pH1 og til slutt Si, pH13. Alle prøvene inneholdt organiske forbindelser og vannmolekyler på overflaten av partiklene. Krystalliniteten til partiklene ble påvirket av løsningsmidlene. Det var vanskelig å få ytterligere detaljer, da løsningsmidlene påvirket flere partikkel egenskaper. Det var derfor vanskelig å fastslå om noen endringer var direkte resultat av løsningsmidlene eller av den endrede parameteren. Fremtidige forskningsprosjekter kan involvere bruk av transmisjonselektronmikroskopi (TEM) for å identifisere oksidlaget på silisiumpartiklene.

This Master's thesis aims to investigate the influence of different solvents on various properties of silicon, some of which being surface groups, particle size, specific surface area, and morphology. Silicon is widely used in electronics as semiconductors and alloys. Silicon products are often used in combination with solvents. Shipment of silicon powders in solvents, or different types of milling require different solvents. Optimizing the solvent in these roles can improve performance and yield higher-quality products. This thesis aims to increase the knowledge and effect of the solvent in order to achieve this. Four samples were prepared, all with the same Silgrain-to-solvent ratio. One sample utilized pure isopropanol as the solvent, while the other three samples employed a solvent consisting of isopropanol and water with varying pH levels. Subsequently, the samples were dried to obtain powder for analysis. Additional samples using silicon wafers instead of Silgrain were made as a reference. The surface properties of the particles were examined using scanning electron microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, Barrett-Joyner-Halenda (BJH) pore size distribution (PSD) analysis, Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) analysis. The results demonstrated that solvents greatly affect particle properties. Si, Neutral yielded the smallest particle size, followed by Si, IPA, then Si, pH1 and finally Si, pH13. All samples contained organic compounds and water molecules on the surface of the particles. The crystallinity of the particles was affected by the solvents. Further details were difficult to obtain as the solvents affected several particle properties. As such, it was difficult to determine if some changes were the direct results of the solvents or the changed parameter. Future research endeavors may involve employing transmission electron microscopy (TEM) to identify the oxide layer on the silicon particles.