Silicio karbido nanomedžiagos

Silicio karbido nanomedžiagos

Silicio karbido nanomedžiagos (sic nanomedžiagos) reiškia medžiagas, sudarytas išSilicio karbidas (sic)Nanometrų skalėje (paprastai apibrėžiama kaip 1–100 nm) trimatėje erdvėje. Silicio karbido nanomedžiagos gali būti suskirstytos į nulinę, vienmačią, dvimatę ir trijų matmenų struktūras pagal jų struktūrą.

Nulio matmenų nanostruktūrosyra struktūros, kurių visi matmenys yra nanometrų skalėje, daugiausia apima kietų nanokristalų, tuščiavidurių nanosferų, tuščiavidurių nanokagų ir šerdies apvalkalo nanosferų.

Vienos dimensijos nanostruktūrosNurodykite struktūras, kuriose du matmenys apsiriboja nanometrų skale trimačioje erdvėje. Ši struktūra turi įvairių formų, įskaitant nanolaidus (kietąjį centrą), nanovamzdelius (tuščiavidurį centrą), nanobeltus ar nanobeltus (siaurą stačiakampį skerspjūvį) ir nanoprizmą (prizmės formos skerspjūvį). Ši struktūra tapo intensyvių tyrimų dėmesiu dėl unikalių pritaikymų mezoskopinės fizikos ir nanoskalės prietaisų gamyboje. Pavyzdžiui, vienmatis nanostruktūrų nešiotojai gali sklisti tik viena konstrukcijos kryptimi (t. Y. Nanovies ar nanovamzdelio išilginė kryptis) ir gali būti naudojami kaip sujungimai ir pagrindiniai prietaisai nanoelektronikoje.

Dviejų matmenų nanostruktūros, kurių nanoskale yra tik vienas dimensija, paprastai statmena jų sluoksnio plokštumai, tokioms kaip nanosheets, nanosheets, nanosheets ir nanosferos, pastaruoju metu sulaukė ypatingo dėmesio ne tik dėl pagrindinio jų augimo mechanizmo supratimo, bet ir tyrinėjant jų potencialius pritaikymus šviesos emituose, jutikliuose, jutikliuose, saulės elementuose ir kt.

Trimatis nanostruktūrosPaprastai yra vadinamos sudėtingomis nanostruktūromis, kurios susidaro iš vienos ar kelių pagrindinių struktūrinių vienetų, esančių nuliniame, vienmačiuose ir dvimatėse (tokios kaip nanodalelės ar nanorodai, sujungti vienos kristalinės jungtys), ir jų bendri geometriniai dimensijos yra nanometrų ar mikrometrų skalėje. Tokios sudėtingos nanostruktūros, turinčios aukštą paviršiaus plotą tūrio tūrio vienetui, suteikia daug pranašumų, pavyzdžiui, ilgus optinius kelius efektyviam šviesos absorbcijai, greito sąsajos krūvio perdavimui ir suderinamoms krūvio transportavimo galimybėms. Šie pranašumai leidžia trimatėms nanostruktūroms skatinti projektavimą būsimose energijos konvertavimo ir saugojimo programose. Nuo 0D iki 3D struktūrų buvo ištirta daugybė nanomedžiagų ir palaipsniui įtrauktų į pramonės ir kasdienį gyvenimą.

SiC nanomedžiagų sintezės metodai

Nulio matmenų medžiagos gali būti sintetinamos karšto lydymosi metodu, elektrocheminio ėsdinimo metodu, lazerinės pirolizės metodu ir kt.SiC kietasNanokristalai svyruoja nuo kelių nanometrų iki dešimčių nanometrų, tačiau paprastai yra pseudo-sferinės, kaip parodyta 1 paveiksle.

1 pav. TEM β-SIC nanokristalų vaizdai, paruošti skirtingais metodais

a) solvoterminė sintezė [34]; B) elektrocheminio ėsdinimo metodas [35]; c) šiluminis apdorojimas [48]; (D) lazerinė pirolizė [49]

Dasog ir kt. Susintetinti sferiniai β-SIC nanokristalai, turintys kontroliuojamą dydį ir skaidrią struktūrą, naudojant kietojo kūno dvigubą skilimo reakciją tarp SiO2, Mg ir C miltelių [55], kaip parodyta 2 paveiksle.

2 pav. Sferinių sic nanokristalų, turinčių skirtingo skersmens, FESEM vaizdai [55]

(a) 51,3 ± 5,5 nm; (B) 92,8 ± 6,6 nm; (C) 278,3 ± 8,2 nm

Garų fazės metodas SiC nanoviečiams auginti. Dujų fazės sintezė yra pats brandžiausias metodas formuojant SiC nanovietus. Tipiniame procese garų medžiagos, naudojamos kaip reagentai, formuojant galutinį produktą, sukuriamos išgarinant, chemiškai redukuojant ir dujinę reakciją (kuriai reikia aukštos temperatūros). Nors aukšta temperatūra padidina papildomą energijos suvartojimą, šiuo metodu auginami sic nanovieliai paprastai turi aukštą kristalų vientisumą, skaidrius nanodalelius/nanorodus, nanoprizmus, nanoneedles, nanovamzdelius, nanobeltus, nanokabilus ir kt., Kaip parodyta 3 paveiksle.

3 paveikslas tipiškos vienmatis SiC nanostruktūrų morfologijos 

a) nanovyro masyvai ant anglies pluošto; b) ultralongo nanovieliai ant Ni-Si rutulių; c) nanovieliai; d) nanoprizmai; E) nanobamboo; f) nanoneedles; g) nanobonai; H) nanochainai; i) nanovamzdeliai

SIC nanodalelių paruošimo tirpalo metodas. Sprendimo metodas naudojamas paruošti SiC nanovietus, o tai sumažina reakcijos temperatūrą. Šis metodas gali apimti tirpalo fazės pirmtako kristalizavimą per savaiminį cheminį redukciją ar kitas reakcijas esant santykinai švelni temperatūrai. Kaip tirpalo metodo atstovai, solvoterminė sintezė ir hidroterminė sintezė buvo dažniausiai naudojami norint gauti SiC nanovielius žemoje temperatūroje.

Dviejų matmenų nanomedžiagos gali būti paruoštos solvotermais, impulsiniais lazeriais, anglies šilumos redukcija, mechaninis eksfoliacija ir padidinta mikrobangų plazmaCVD. Ho ir kt. realizavo 3D sic nanostruktūrą, esančią nanodalelių gėlės formos, kaip parodyta 4 paveiksle. SEM vaizdas rodo, kad į gėlę panašios struktūros skersmuo yra 1–2 μm, o ilgis-3–5 μm.

4 paveikslas SEM vaizdas iš trijų matmenų SiC nanovyro gėlės

SiC nanomedžiagų atlikimas

SIC nanomedžiagos yra pažangi keraminė medžiaga, pasižyminti puikia veikla, pasižyminčia geromis fizinėmis, cheminėmis, elektros ir kitomis savybėmis.

✔ Fizinės savybės

Didelis kietumas: Nano-silicon karbido mikrohardumas yra tarp korundo ir deimanto, o jo mechaninis stiprumas yra didesnis nei korundumo. Jis pasižymi dideliu atsparumu dėvėjimui ir gerą savęs tepimą.

Didelis šilumos laidumas: Nano-silicon karbidas turi puikų šilumos laidumą ir yra puiki šilumos laidžioji medžiaga.

Mažas šiluminio išsiplėtimo koeficientas: Tai leidžia nano-silicon karbidui išlaikyti stabilų dydį ir formą aukštos temperatūros sąlygomis.

Aukštas specifinis paviršiaus plotas: Viena iš nanomedžiagų savybių, jis skatina pagerinti jo paviršiaus aktyvumą ir reakcijos efektyvumą.

✔ Cheminės savybės

Cheminis stabilumas: „Nano-Silicon“ karbidas turi stabilias chemines savybes ir gali išlaikyti savo veikimą nepakitę įvairiose aplinkose.

Antioksidacija: ji gali atsispirti oksidacijai esant aukštai temperatūrai ir pasižymi puikiu atsparumu aukštai temperatūrai.

✔Elektros savybės

Aukštasėžiosios juostos dalis: Didelis juostos juostas daro jį idealia medžiaga, skirta gaminti aukšto dažnio, didelės galios ir mažai energijos naudojančius elektroninius prietaisus.

Didelis elektronų prisotinimo mobilumas: jis skatina greitą elektronų perdavimą.

✔Kitos savybės

Stiprus atsparumas radiacijai: jis gali išlaikyti stabilų našumą radiacijos aplinkoje.

Geros mechaninės savybės: Jis turi puikias mechanines savybes, tokias kaip didelis elastinis modulis.

SiC nanomedžiagų taikymas

Elektronikos ir puslaidininkių prietaisai: Dėl puikių elektroninių savybių ir aukštos temperatūros stabilumo, nano-silicon karbidas yra plačiai naudojamas didelės galios elektroniniuose komponentuose, aukšto dažnio įtaisuose, optoelektroniniuose komponentuose ir kituose laukuose. Tuo pat metu tai taip pat yra viena iš idealios medžiagos puslaidininkių prietaisams gaminti.

Optinės programos: „Nano-Silicon“ karbidas turi plačią juostos juostą ir puikias optines savybes. Jis gali būti naudojamas gaminant aukštos kokybės lazerius, šviesos diodus, fotoelektrinius prietaisus ir kt.

Mechaninės dalys: Pasinaudojęs dideliu kietumu ir atsparumu dėvėjimams, „Nano-Silicon Carbide“ turi platų pritaikymą mechaninių dalių gamyboje, tokiose kaip greitaeigių pjovimo įrankiai, guoliai, mechaniniai sandarikliai ir kt.

Nanokompozitinės medžiagos: Nano-silicon karbidas gali būti derinamas su kitomis medžiagomis, kad būtų sudarytos nanokompozitai, siekiant pagerinti medžiagos mechanines savybes, šilumos laidumą ir koroziją. Ši nanokompozitinė medžiaga yra plačiai naudojama aviacijos ir kosmoso, automobilių pramonėje, energetikos lauke ir kt.

Aukštos temperatūros struktūrinės medžiagos: NanoSilicio karbidaspasižymi puikiu aukštos temperatūros stabilumu ir atsparumu korozijai, todėl gali būti naudojamas ypač aukštos temperatūros aplinkoje. Todėl jis naudojamas kaip aukštos temperatūros konstrukcinė medžiaga aviacijos ir kosmoso, naftos chemijos, metalurgijos ir kituose laukuose, pavyzdžiui, gamybaAukštos temperatūros krosnys, krosnies vamzdžiai, krosnių pamušalai ir kt.

Kitos programos: Nanosilicio karbidas taip pat naudojamas vandenilio kaupime, fotokatalizėje ir jutikliuose, rodančiuose plačias taikymo perspektyvas.