Silicon nanomaterials karbida

Silicon nanomaterials karbida

Nanomaterials silikon karbida (nanomaterials sic) merujuk kepada bahan yang terdiri daripadakarbida silikon (sic)Dengan sekurang-kurangnya satu dimensi dalam skala nanometer (biasanya ditakrifkan sebagai 1-100nm) dalam ruang tiga dimensi. Nanomaterials silikon karbida boleh diklasifikasikan ke dalam struktur sifar, satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi mengikut struktur mereka.

Struktur nano-dimensi sifaradalah struktur yang semua dimensi berada pada skala nanometer, terutamanya termasuk nanocrystals pepejal, nanospheres berongga, nanocages berongga dan nanospheres shell teras.

Struktur nano satu dimensiRujuk kepada struktur di mana dua dimensi terhad kepada skala nanometer dalam ruang tiga dimensi. Struktur ini mempunyai banyak bentuk, termasuk nanowires (pusat pepejal), nanotube (pusat berongga), nanobelts atau nanobelts (keratan rentas segi empat tepat) dan nanoprisme (keratan rentas berbentuk prisma). Struktur ini telah menjadi tumpuan penyelidikan intensif kerana aplikasi uniknya dalam fizik mesoskopik dan pembuatan peranti nanoscale. Sebagai contoh, pembawa dalam struktur nano satu dimensi hanya boleh menyebarkan dalam satu arah struktur (iaitu, arah membujur nanowire atau nanotube), dan boleh digunakan sebagai interkoneksi dan peranti utama dalam nanoelectronics.

Struktur nano dua dimensi, yang hanya mempunyai satu dimensi di nanoscale, biasanya tegak lurus dengan satah lapisan mereka, seperti nanosheets, nanosheets, nanosheets dan nanospheres, telah mendapat perhatian khusus baru -baru ini, bukan sahaja untuk pemahaman asas mekanisme pertumbuhan mereka, tetapi juga untuk meneroka aplikasi potensial mereka dalam pemancar, sensor, solar, dan lain -lain, dan lain -lain.

Struktur nano tiga dimensibiasanya dipanggil struktur nano kompleks, yang dibentuk oleh koleksi satu atau lebih unit struktur asas dalam sifar dimensi, satu dimensi, dan dua dimensi (seperti nanowires atau nanorods yang dihubungkan dengan persimpangan kristal tunggal), dan dimensi geometri keseluruhannya adalah pada nanometer atau mikretometer. Struktur nano yang kompleks dengan kawasan permukaan yang tinggi per unit volum memberikan banyak kelebihan, seperti laluan optik yang panjang untuk penyerapan cahaya yang cekap, pemindahan caj interfacial yang cepat, dan keupayaan pengangkutan caj yang boleh ditukar. Kelebihan ini membolehkan struktur nano tiga dimensi untuk memajukan reka bentuk dalam aplikasi penukaran dan penyimpanan tenaga masa depan. Dari struktur 0D hingga 3D, pelbagai nanomaterials telah dikaji dan secara beransur -ansur diperkenalkan ke dalam industri dan kehidupan seharian.

Kaedah sintesis nanomaterials SIC

Bahan sifar dimensi boleh disintesis dengan kaedah cair panas, kaedah etsa elektrokimia, kaedah pirolisis laser, dan lain-lain untuk mendapatkanSic pepejalNanocrystals dari beberapa nanometer hingga puluhan nanometer, tetapi biasanya pseudo-sfera, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1 TEM Imej nanocrystals β-SIC disediakan oleh kaedah yang berbeza

(a) sintesis solvotermal [34]; (B) kaedah etsa elektrokimia [35]; (c) pemprosesan terma [48]; (d) Pyrolysis laser [49]

Dasog et al. Nanocrystals sfera sfera β-SIC dengan saiz yang dikawal dan struktur yang jelas oleh tindak balas penguraian dua keadaan pepejal antara SiO2, Mg dan C serbuk [55], seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2 Imej FESEM Nanocrystals SIC sfera dengan diameter yang berbeza [55]

(a) 51.3 ± 5.5 nm; (B) 92.8 ± 6.6 nm; (c) 278.3 ± 8.2 nm

Kaedah fasa wap untuk nanowires SIC yang semakin meningkat. Sintesis fasa gas adalah kaedah yang paling matang untuk membentuk nanowires SIC. Dalam proses tipikal, bahan wap yang digunakan sebagai reaktan untuk membentuk produk akhir dihasilkan oleh penyejatan, pengurangan kimia dan tindak balas gas (memerlukan suhu tinggi). Walaupun suhu tinggi meningkatkan penggunaan tenaga tambahan, nanowires SIC yang ditanam oleh kaedah ini biasanya mempunyai integriti kristal yang tinggi, nanowires/nanorods yang jelas, nanoprisme, nanoneedles, nanotube, nanobelts, nanocables, dan lain -lain, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3 Morfologi tipikal struktur nano SIC satu dimensi 

(a) susunan nanowire pada gentian karbon; (b) nanowires ultralong pada bola Ni-Si; (c) nanowires; (d) nanoprisme; (E) nanobamboo; (f) nanoneedles; (g) nanobones; (H) nanochains; (i) Nanotubes

Kaedah penyelesaian untuk penyediaan nanowires SIC. Kaedah penyelesaian digunakan untuk menyediakan nanowires SIC, yang mengurangkan suhu tindak balas. Kaedah ini mungkin termasuk mengkristalisasi prekursor fasa penyelesaian melalui pengurangan kimia spontan atau tindak balas lain pada suhu yang agak ringan. Sebagai wakil -wakil kaedah penyelesaian, sintesis solvotermal dan sintesis hidroterma biasanya digunakan untuk mendapatkan nanowires SIC pada suhu rendah.

Nanomaterials dua dimensi boleh disediakan oleh kaedah solvotermal, laser berdenyut, pengurangan haba karbon, pengelupasan mekanikal, dan plasma gelombang mikro dipertingkatkanCvd. Ho et al. menyedari struktur nano 3D SIC dalam bentuk bunga nanowire, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Imej SEM menunjukkan bahawa struktur seperti bunga mempunyai diameter 1-2 μm dan panjang 3-5 μm.

Rajah 4 Gambar SEM bunga nanowire tiga dimensi

Prestasi nanomaterials sic

Nanomaterials sic adalah bahan seramik maju dengan prestasi yang sangat baik, yang mempunyai sifat fizikal, kimia, elektrik dan lain -lain yang baik.

✔ Sifat fizikal

Kekerasan Tinggi: Mikrohardness nano-silikon karbida adalah antara corundum dan berlian, dan kekuatan mekanikalnya lebih tinggi daripada korundum. Ia mempunyai rintangan haus yang tinggi dan lubrasi diri yang baik.

Kekonduksian terma yang tinggi: Nano-silikon karbida mempunyai kekonduksian terma yang sangat baik dan merupakan bahan konduktif terma yang sangat baik.

Koefisien pengembangan haba yang rendah: Ini membolehkan nano-silikon karbida untuk mengekalkan saiz dan bentuk yang stabil di bawah keadaan suhu tinggi.

Kawasan permukaan khusus yang tinggi: Salah satu ciri nanomaterials, ia adalah kondusif untuk meningkatkan aktiviti permukaan dan prestasi tindak balasnya.

✔ Sifat kimia

Kestabilan Kimia: Nano-Silicon Carbide mempunyai sifat kimia yang stabil dan dapat mengekalkan prestasinya tidak berubah di bawah pelbagai persekitaran.

Antioksidasi: Ia boleh menahan pengoksidaan pada suhu tinggi dan mempamerkan rintangan suhu tinggi yang sangat baik.

✔Sifat elektrik

Bandgap Tinggi: Bandgap Tinggi menjadikannya bahan yang ideal untuk membuat frekuensi tinggi, kuasa tinggi, dan peranti elektronik tenaga rendah.

Mobiliti Ketepuan Elektron Tinggi: Ia kondusif untuk penghantaran elektron yang cepat.

✔Ciri -ciri lain

Rintangan radiasi yang kuat: Ia dapat mengekalkan prestasi yang stabil dalam persekitaran radiasi.

Ciri -ciri mekanikal yang baik: Ia mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik seperti modulus elastik yang tinggi.

Penggunaan nanomaterials sic

Peranti elektronik dan semikonduktor: Oleh kerana sifat elektronik yang sangat baik dan kestabilan suhu tinggi, karbida nano-silicon digunakan secara meluas dalam komponen elektronik berkuasa tinggi, peranti frekuensi tinggi, komponen optoelektronik dan bidang lain. Pada masa yang sama, ia juga merupakan salah satu bahan yang ideal untuk pembuatan peranti semikonduktor.

Aplikasi optik: Nano-Silicon Carbide mempunyai bandgap yang luas dan sifat optik yang sangat baik, dan boleh digunakan untuk mengeluarkan laser berprestasi tinggi, LED, peranti fotovoltaik, dll.

Bahagian mekanikal: Mengambil kesempatan daripada kekerasan yang tinggi dan rintangan haus, nano-silikon karbida mempunyai pelbagai aplikasi dalam pembuatan bahagian mekanikal, seperti alat pemotongan berkelajuan tinggi, galas, meterai mekanikal, dan lain-lain, yang dapat meningkatkan rintangan hayat dan hayat perkhidmatan bahagian-bahagian.

Bahan nanocomposite: Nano-silikon karbida boleh digabungkan dengan bahan lain untuk membentuk nanocomposites untuk memperbaiki sifat mekanikal, kekonduksian terma dan ketahanan kakisan bahan. Bahan nanocomposite ini digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, industri automotif, medan tenaga, dll.

Bahan struktur suhu tinggi: NanoSilicon CarbideMempunyai kestabilan suhu tinggi dan rintangan kakisan yang sangat baik, dan boleh digunakan dalam persekitaran suhu tinggi yang melampau. Oleh itu, ia digunakan sebagai bahan struktur suhu tinggi dalam bidang aeroangkasa, petrokimia, metalurgi dan lain -lain, seperti pembuatanrelau suhu tinggi, tiub relau, lapisan relau, dll.

Aplikasi lain: Nanosilikon karbida juga digunakan dalam penyimpanan hidrogen, fotokatalisis dan penderiaan, menunjukkan prospek aplikasi yang luas.