《Ceramics International》刊发我平台研究论文

 近日，《Ceramics International》刊发我平台李亚伟教授团队最新研究成果：Si液滴在含α-Si₃N₄涂层的石英基板表面的润湿与渗透：α-Si₃N₄涂层中氧含量的影响 “Wettability and infiltration of Si drop on silica substrate containing α-Si₃N₄ coating: Influence of oxygen content in α-Si₃N₄ coating”。

 论文第一单位是武汉科技大学，第二单位是中国科学院理化技术研究所，第三单位是中国科学技术大学，第四单位是清华大学，第五单位是中国科学院过程工程研究所。我平台青年教师王庆虎为第一作者，中科院理化技术研究所的贺刚和李江涛研究员为通讯作者，其他共同作者包括邓书香、刘俊、李亚伟、潘丽萍、刘光华、李晓禹和李建强。

图1 Si在含不同O含量涂层的基板表面的典型形貌：(a) T5-0.5（O含量=1.36wt%）；(b) T10-0.5（O含量=2.66wt%）；(c) T10-2（O含量=2.78wt%）

图2 座滴测试后试样T5-0.5的截面显微结构：(a)全貌图；(b)液滴下；(c)液滴外

图3 座滴测试后试样T10-0.5的截面显微结构：(a)全貌图；(b)液滴下；(c)液滴外

图4 座滴测试后试样T10-2的截面显微结构：(a)液滴下；(b)液滴外

 图5 Si液滴在α-Si₃N₄毛细管中的渗透机理图：(a)涂层脱氧前；(b)涂层脱氧后

 论文简介：光伏级硅的熔炼通常在含α-Si₃N₄涂层的石英坩埚（SiO₂）中开展。α-Si₃N₄涂层中，α-Si₃N₄颗粒常被SiO₂氧化膜包覆，该氧化膜对Si熔体不润湿，发挥抑制Si渗透的作用。本工作研究了涂层中的氧含量对于Si/α-Si₃N₄/SiO₂三元体系润湿和渗透的影响。涂层中，α-Si₃N₄颗粒表面的SiO₂氧化膜，可通过在空气中预氧化实现；O含量可通过调节预氧化温度和保温时间控制。本工作采用座滴法，实时记录了高温Si液滴在含不同O含量涂层表面的动态润湿行为。同时，借助显微分析方法，表征了液滴渗透行为，包括液滴下方的渗透和液滴外的渗透（涂层水平方向的渗透和涂层下方的渗透）。最后，分析了润湿行为的转变（不润湿→润湿），并借助分析模型揭示了涂层中O抑制Si液滴渗透的机理。

 该项研究得到了中国国家关键研发计划(No.2017YFB0310303)、国家自然科学基金委面上基金(No. 51572268、51702240、51702331和51674232)、国家自然科学基金-河南联合基金(U1904217)、中央引导地方（湖北省）科学技术发展专项(No. 2019ZYYD003 和 2019ZYYD076)的支持。

附：论文链接 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.02.036

附：全文 Wettability and infiltration of Si drop on silica substrate containing α-Si₃N₄ coating Influence of oxygen content in α-Si₃N₄ coating.pdf