Silicon carbide nanomaterial

Silicon carbide nanomaterial

Ang silikon carbide nanomaterial (sic nanomaterial) ay tumutukoy sa mga materyales na binubuo ngSilicon Carbide (sic)Na may hindi bababa sa isang sukat sa scale ng nanometer (karaniwang tinukoy bilang 1-100nm) sa three-dimensional space. Ang mga nanomaterial ng Silicon Carbide ay maaaring maiuri sa zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional at three-dimensional na mga istraktura ayon sa kanilang istraktura.

Zero-dimensional nanostructuresay mga istraktura na ang lahat ng mga sukat ay nasa nanometer scale, higit sa lahat kabilang ang solidong nanocrystals, guwang na nanospheres, guwang na mga nanocages at core-shell nanospheres.

One-dimensional nanostructuresSumangguni sa mga istruktura kung saan ang dalawang sukat ay nakakulong sa scale ng nanometer sa three-dimensional space. Ang istraktura na ito ay maraming mga form, kabilang ang mga nanowires (solid center), nanotubes (guwang na sentro), nanobelts o nanobelts (makitid na hugis-parihaba na cross-section) at nanoprisms (hugis-cross-section). Ang istraktura na ito ay naging pokus ng masinsinang pananaliksik dahil sa mga natatanging aplikasyon nito sa mesoscopic physics at paggawa ng aparato ng nanoscale. Halimbawa, ang mga carrier sa isang-dimensional na nanostructure ay maaari lamang magpalaganap sa isang direksyon ng istraktura (i.e., ang paayon na direksyon ng nanowire o nanotube), at maaaring magamit bilang mga interconnect at mga pangunahing aparato sa nanoelectronics.

Dalawang-dimensional na nanostructure.

Tatlong-dimensional na nanostructureay karaniwang tinatawag na kumplikadong mga nanostructure, na nabuo ng isang koleksyon ng isa o higit pang mga pangunahing yunit ng istruktura sa zero-dimensional, one-dimensional, at two-dimensional (tulad ng mga nanowires o nanorod na konektado ng solong kristal na junctions), at ang kanilang pangkalahatang geometric dimension ay nasa nanometer o micrometer scale. Ang nasabing kumplikadong mga nanostructure na may mataas na ibabaw na lugar bawat dami ng yunit ay nagbibigay ng maraming mga pakinabang, tulad ng mahabang mga optical na landas para sa mahusay na pagsipsip ng ilaw, mabilis na paglipat ng interface ng interface, at mga kakayahan sa transportasyon ng singil. Ang mga pakinabang na ito ay nagbibigay-daan sa three-dimensional nanostructures upang isulong ang disenyo sa hinaharap na pag-convert ng enerhiya at mga aplikasyon ng imbakan. Mula 0d hanggang 3D na istruktura, isang iba't ibang mga nanomaterial ang pinag -aralan at unti -unting ipinakilala sa industriya at pang -araw -araw na buhay.

Mga pamamaraan ng synthesis ng SIC nanomaterial

Ang mga materyales na zero-dimensional ay maaaring synthesized sa pamamagitan ng mainit na pamamaraan ng pagtunaw, paraan ng electrochemical etching, pamamaraan ng laser pyrolysis, atbp upang makakuhaSic solidAng mga nanocrystals na nagmula sa ilang mga nanometer hanggang sa sampu-sampung mga nanometer, ngunit karaniwang pseudo-spherical, tulad ng ipinapakita sa Larawan 1.

Larawan 1 Ang mga imahe ng TEM ng β-SiC nanocrystals na inihanda ng iba't ibang mga pamamaraan

(a) Solvothermal synthesis [34]; (B) paraan ng electrochemical etching [35]; (c) pagproseso ng thermal [48]; (d) Laser Pyrolysis [49]

Dasog et al. Synthesized spherical β-SiC nanocrystals na may kinokontrol na laki at malinaw na istraktura sa pamamagitan ng solid-state double decomposition reaksyon sa pagitan ng SIO2, Mg at C pulbos [55], tulad ng ipinapakita sa Larawan 2.

Larawan 2 Mga Larawan ng Fesem ng Spherical Sic Nanocrystals na may iba't ibang mga diametro [55]

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

Pamamaraan ng Phase ng Vapor para sa lumalagong Sic nanowires. Ang Gas Phase Synthesis ay ang pinaka -mature na pamamaraan para sa pagbuo ng SIC nanowires. Sa isang karaniwang proseso, ang mga sangkap ng singaw na ginamit bilang mga reaksyon upang mabuo ang pangwakas na produkto ay nabuo sa pamamagitan ng pagsingaw, pagbawas ng kemikal at reaksyon ng gas (nangangailangan ng mataas na temperatura). Bagaman ang mataas na temperatura ay nagdaragdag ng karagdagang pagkonsumo ng enerhiya, ang SIC nanowires na lumago ng pamamaraang ito ay karaniwang may mataas na integridad ng kristal, malinaw na mga nanowires/nanorods, nanoprisms, nanoneedles, nanotubes, nanobelts, nanocables, atbp, tulad ng ipinapakita sa Larawan 3.

Larawan 3 Karaniwang morphologies ng one-dimensional sic nanostructures 

(a) Nanowire arrays sa carbon fibers; (b) ultralong nanowires sa mga bola ng ni-si; (c) nanowires; (d) Nanoprisms; (E) Nanobamboo; (f) Nanoneedles; (g) Nanobones; (H) nanochains; (i) Nanotubes

Paraan ng Solusyon para sa paghahanda ng SIC nanowires. Ang pamamaraan ng solusyon ay ginagamit upang ihanda ang SIC nanowires, na binabawasan ang temperatura ng reaksyon. Ang pamamaraan ay maaaring magsama ng crystallizing isang phase phase precursor sa pamamagitan ng kusang pagbawas ng kemikal o iba pang mga reaksyon sa medyo banayad na temperatura. Bilang mga kinatawan ng pamamaraan ng solusyon, ang solvothermal synthesis at hydrothermal synthesis ay karaniwang ginagamit upang makakuha ng mga sic nanowires sa mababang temperatura.

Ang dalawang-dimensional na nanomaterial ay maaaring ihanda ng mga pamamaraan ng solvothermal, pulsed laser, pagbawas ng thermal ng carbon, mekanikal na pag-iwas, at pinahusay na microwave plasmaCVD. Ho et al. Napagtanto ang isang 3D sic nanostructure sa hugis ng isang bulaklak na nanowire, tulad ng ipinapakita sa Larawan 4. Ang imahe ng SEM ay nagpapakita na ang istraktura na tulad ng bulaklak ay may diameter na 1-2 μm at isang haba ng 3-5 μm.

Larawan 4 SEM imahe ng isang three-dimensional na Sic nanowire bulaklak

Pagganap ng sic nanomaterial

Ang SIC nanomaterial ay isang advanced na ceramic material na may mahusay na pagganap, na may mahusay na pisikal, kemikal, elektrikal at iba pang mga pag -aari.

✔ Mga pisikal na katangian

Mataas na katigasan: Ang microhardness ng nano-silicon carbide ay nasa pagitan ng corundum at brilyante, at ang mekanikal na lakas nito ay mas mataas kaysa sa corundum. Ito ay may mataas na paglaban sa pagsusuot at mahusay na pagpapalago sa sarili.

Mataas na thermal conductivity: Ang Nano-Silicon Carbide ay may mahusay na thermal conductivity at isang mahusay na thermal conductive material.

Mababang koepisyent ng pagpapalawak ng thermal: Pinapayagan nito ang nano-silikon na karbida upang mapanatili ang isang matatag na laki at hugis sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na temperatura.

Mataas na tiyak na lugar ng ibabaw: isa sa mga katangian ng mga nanomaterial, ito ay kaaya -aya sa pagpapabuti ng aktibidad sa ibabaw at pagganap ng reaksyon.

✔ Mga katangian ng kemikal

Katatagan ng kemikal: Ang Nano-Silicon Carbide ay may matatag na mga katangian ng kemikal at maaaring mapanatili ang pagganap nito na hindi nagbabago sa ilalim ng iba't ibang mga kapaligiran.

Antioxidation: Maaari itong pigilan ang oksihenasyon sa mataas na temperatura at nagpapakita ng mahusay na mataas na paglaban sa temperatura.

✔Mga Katangian ng Elektriko

Mataas na Bandgap: Ginagawa ng mataas na bandgap na isang mainam na materyal para sa paggawa ng mataas na dalas, mataas na kapangyarihan, at mababang-enerhiya na mga elektronikong aparato.

Mataas na Saturation ng Electron Saturation: Nakakatulong ito sa mabilis na paghahatid ng mga electron.

✔Iba pang mga katangian

Malakas na Radiation Resistance: Maaari itong mapanatili ang matatag na pagganap sa isang kapaligiran sa radiation.

Mahusay na mga katangian ng mekanikal: Mayroon itong mahusay na mga katangian ng mekanikal tulad ng mataas na nababanat na modulus.

Application ng sic nanomaterial

Mga aparato ng Electronics at Semiconductor: Dahil sa mahusay na mga elektronikong katangian at katatagan ng mataas na temperatura, ang nano-silikon na karbida ay malawakang ginagamit sa mga sangkap na may mataas na kapangyarihan, mga aparato na may mataas na dalas, mga sangkap na optoelectronic at iba pang mga patlang. Kasabay nito, ito rin ay isa sa mga perpektong materyales para sa paggawa ng mga aparato ng semiconductor.

Mga aplikasyon ng optical: Ang Nano-Silicon Carbide ay may malawak na bandgap at mahusay na mga optical na katangian, at maaaring magamit upang gumawa ng mga mataas na pagganap na laser, LEDs, photovoltaic na aparato, atbp.

Mga mekanikal na bahagi: Sinasamantala ang mataas na tigas at paglaban ng pagsusuot, ang nano-silikon na karbida ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa paggawa ng mga mekanikal na bahagi, tulad ng mga tool na pagputol ng high-speed, bearings, mechanical seal, atbp., Na maaaring mapabuti ang paglaban ng pagsusuot at buhay ng serbisyo ng mga bahagi.

Mga materyales na nanocomposite: Ang Nano-Silicon Carbide ay maaaring pagsamahin sa iba pang mga materyales upang mabuo ang mga nanocomposite upang mapagbuti ang mga mekanikal na katangian, thermal conductivity at corrosion resistance ng materyal. Ang materyal na nanocomposite na ito ay malawakang ginagamit sa aerospace, industriya ng automotiko, larangan ng enerhiya, atbp.

Mataas na temperatura ng istruktura ng temperatura: NanoSilicon Carbideay may mahusay na mataas na katatagan ng temperatura at paglaban ng kaagnasan, at maaaring magamit sa matinding mataas na temperatura ng kapaligiran. Samakatuwid, ginagamit ito bilang isang mataas na temperatura na istruktura ng materyal sa aerospace, petrochemical, metalurhiya at iba pang mga patlang, tulad ng pagmamanupakturamataas na temperatura ng hurno, Mga tubo ng hurno, mga linings ng hurno, atbp.

Iba pang mga application: Ang nano silikon na karbida ay ginagamit din sa imbakan ng hydrogen, photocatalysis at sensing, na nagpapakita ng malawak na mga prospect ng aplikasyon.