Szilícium -karbid nanomatermékek

Szilícium -karbid nanomatermékek

Szilícium -karbid nanomatermékek (SIC nanomatermékek) a képződött anyagokra vonatkoznakSzilícium -karbid (sic)legalább egy dimenzióval a nanométer skálán (általában 1-100 nm-re határozva) háromdimenziós térben. A szilícium-karbid nanomatermékek nulla-dimenziós, egydimenziós, kétdimenziós és háromdimenziós struktúrákba sorolhatók szerkezetük szerint.

Nulla-dimenziós nanoszerkezetekolyan struktúrák, amelyek minden dimenziója nanométer skálán van, elsősorban szilárd nanokristályokat, üreges nanoszférákat, üreges nanokagokat és maghéj nanoszférákat is tartalmaz.

Egydimenziós nanoszerkezetekLásd azokat a struktúrákat, amelyekben két dimenzió a nanométer skálájára korlátozódik háromdimenziós térben. Ennek a struktúrának számos formája van, beleértve a nanoszálakat (szilárd központ), a nanocsöveket (üreges központ), a nanobelteket vagy a nanobelteket (keskeny téglalap alakú keresztmetszet) és a nanoprizmusokat (prizmás alakú keresztmetszet). Ez a struktúra az intenzív kutatás középpontjában áll, mivel a mezoszkópos fizikában és a nanoméretű eszközök gyártásában egyedülálló alkalmazásai voltak. Például az egydimenziós nanoszerkezetekben lévő hordozók csak a szerkezet egyik irányában terjedhetnek (azaz a nanoszál vagy a nanocsövek hosszanti irányában), és összekapcsolódásokként és kulcsfontosságú eszközként használhatók a nanoelektronikában.

Kétdimenziós nanoszerkezetek, amelyeknek csak egy dimenziója van a nanoméreten, általában merőleges a réteg síkjára, például nanosetok, nanosetok, nanosetok és nanoszférák, a közelmúlt

Háromdimenziós nanostruktúrákáltalában komplex nanostruktúráknak nevezik, amelyeket egy vagy több alapvető szerkezeti egység gyűjteménye alkot, nulla-dimenziós, egydimenziós és kétdimenziós (például nanoszálak vagy nanorodok, amelyeket egyetlen kristály csomópontok csatlakoztatnak), és általános geometriai dimenzióik nanométer vagy mikrométer skálán vannak. Az ilyen komplex nanostruktúrák, amelyek egységenként nagy felülete van, számos előnyt biztosítanak, mint például a hosszú optikai útvonalak a hatékony fényelnyeléshez, a gyors interfészi töltés átadásához és a hangolható töltés szállítási képességekhez. Ezek az előnyök lehetővé teszik a háromdimenziós nanoszerkezetek előmozdítását a tervezés előmozdításához a jövőbeni energia-átalakítás és tárolási alkalmazások során. A 0D -től 3D -s struktúráktól a nanomatermékek széles skáláját vizsgálták és fokozatosan vezetik be az iparban és a mindennapi életben.

SIC nanomatermékek szintézis módszerei

A nulla-dimenziós anyagokat forró olvadék módszerrel, elektrokémiai maratási módszerrel, lézeres pirolízis módszerrel stb.Sic szilárd anyagA nanokristályok néhány nanométertől a tíz nanométerig terjednek, de általában ál-szferikusak, az 1. ábra szerint.

1. ábra A különféle módszerekkel elkészített β-SIC nanokristályok TEM képei

a) szolvotermikus szintézis [34]; B) elektrokémiai maratási módszer [35]; c) termikus feldolgozás [48]; (D) Lézeres pirolízis [49]

Dasog et al. Szintetizált gömb alakú β-SIC nanokristályok, szabályozható méretű és tiszta szerkezetű szilárdtest kettős bomlási reakcióval az SiO2, Mg és C porok között [55], amint azt a 2. ábra mutatja.

2. ábra A különféle átmérőjű gömb alakú nanokristályok FESEM képei [55]

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

Gőzfázisú módszer a SIC nanoszálak termesztésére. A gázfázis -szintézis a legérettebb módszer a SIC nanoszálak kialakításához. Egy tipikus eljárásban a gőz anyagokat, amelyeket reagensként használnak a végtermék kialakításához, párolgás, kémiai redukció és gáznemű reakció (magas hőmérsékletet igényel). Noha a magas hőmérséklet növeli a kiegészítő energiafogyasztást, az ezzel a módszerrel termesztett SIC nanoszálak általában magas kristály integritással, tiszta nanoszálakkal/nanorodokkal, nanoprizmusokkal, nanonedlesekkel, nanocsövekkel, nanobellákkal, nanoródokkal stb., A 3. ábra szerint.

3. ábra Az egydimenziós SIC nanoszerkezetek tipikus morfológiái 

a) nanowire tömbök a szénszálakon; b) ultrahong nanoszálak Ni-Si golyókon; c) nanoszálak; d) nanoprizmusok; E) nanobambusz; f) nanonedles; g) nanobonok; H) nanochainok; (i) nanocsövek

Megoldási módszer a SIC nanoszálak előállításához. A megoldási módszert használják a SIC nanoszálak előállításához, amely csökkenti a reakció hőmérsékletét. A módszer magában foglalhatja az oldat fázis prekurzorjának kristályosodását spontán kémiai redukcióval vagy más reakciókkal egy viszonylag enyhe hőmérsékleten. Az oldat módszerének képviselőiként a szolvotermikus szintézist és a hidrotermális szintézist általában használják a SIC nanoszálak alacsony hőmérsékleten történő előállításához.

Kétdimenziós nanomatermékek előállíthatók szolvotermikus módszerekkel, impulzusos lézerekkel, szén-termikus redukcióval, mechanikus hámlasztással és a mikrohullámú plazma továbbfejlesztésévelCVD- Ho et al. egy 3D-s SIC nanostruktúrát váltott ki egy nanoszál virág alakú, amint az a 4. ábrán látható. A SEM kép azt mutatja, hogy a virágszerű szerkezet átmérője 1-2 μm és hossza 3-5 μm.

4. ábra egy háromdimenziós SIC nanoszire virág SEM képe

A SIC nanomatermékek teljesítménye

A SIC nanomatermékek fejlett kerámia anyag, kiváló teljesítményű, jó fizikai, kémiai, elektromos és egyéb tulajdonságokkal.

✔ Fizikai tulajdonságok

Nagy keménység: A nano-szilikon-karbid mikrokeménysége a Corundum és a gyémánt között van, és mechanikai ereje magasabb, mint a Corundumé. Magas kopásállósággal és jó önbizalommal bír.

Nagy hővezető képesség: A nano-szilikon karbid kiváló hővezető képességgel rendelkezik, és kiváló hővezetőképes anyag.

Alacsony termikus tágulási együttható: Ez lehetővé teszi a nano-szilikon karbid számára, hogy stabil méretét és alakját tartsa fenn magas hőmérsékleti körülmények között.

Magas specifikus felület: A nanomatermékek egyik jellemzője, elősegíti a felszíni aktivitás és a reakció teljesítményének javítását.

✔ Kémiai tulajdonságok

Kémiai stabilitás: A nano-szilikon karbid stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és különféle környezetben változatlanul képes fenntartani teljesítményét.

Antioxidáció: Magas hőmérsékleten ellenállhat az oxidációnak, és kiváló magas hőmérsékleti ellenállást mutat.

✔Elektromos tulajdonságok

Magas sávszélesség: A nagy sávszélesség ideális anyaggá teszi a nagyfrekvenciás, nagy teljesítményű és alacsony energiájú elektronikus eszközök előállításához.

Nagy elektrontelítettség mobilitása: Ez elősegíti az elektronok gyors átvitelét.

✔Egyéb jellemzők

Erős sugárzási ellenállás: A sugárzási környezetben stabil teljesítményt tud fenntartani.

Jó mechanikai tulajdonságok: Kiváló mechanikai tulajdonságokkal, például nagy elasztikus modulussal rendelkezik.

SIC nanomatermékek alkalmazása

Elektronika és félvezető eszközök: Kiváló elektronikus tulajdonságai és magas hőmérsékleti stabilitása miatt a nano-szilikon-karbidot széles körben használják nagy teljesítményű elektronikus alkatrészekben, nagyfrekvenciás eszközökben, optoelektronikus alkatrészekben és más mezőkben. Ugyanakkor ez az egyik ideális anyag a félvezető eszközök gyártásához.

Optikai alkalmazások: A nano-szilikon karbid széles sávú és kiváló optikai tulajdonságokkal rendelkezik, és felhasználható nagy teljesítményű lézerek, LED-ek, fotovoltaikus eszközök stb. Készítésére.

Mechanikus alkatrészek: Kihasználva annak magas keménységét és kopásállóságát, a nano-szilikon-karbid széles körű alkalmazást kínál a mechanikus alkatrészek, például a nagysebességű vágószerszámok, csapágyak, mechanikus tömítések stb. Készítésében, amelyek jelentősen javíthatják az alkatrészek kopási ellenállását és élettartamát.

Nanokompozit anyagok: A nano-szilikon karbid más anyagokkal kombinálható, hogy nanokompozitokat képezzenek, hogy javítsák az anyag mechanikai tulajdonságait, hővezető képességét és korrózióállóságát. Ezt a nanokompozit anyagot széles körben használják a repülőgépiparban, az autóiparban, az energiamezőben stb.

Magas hőmérsékletű szerkezeti anyagok: Nanoszilícium -karbidKiváló magas hőmérsékleti stabilitási és korrózióállósággal rendelkezik, és szélsőséges magas hőmérsékleten használható. Ezért magas hőmérsékletű szerkezeti anyagként használják a repülőgéppacon, a petrolkémiai, a kohászatban és más területeken, például a gyártásbanmagas hőmérsékletű kemencék, kemencecsövek, kemence bélések stb.

Egyéb alkalmazások: A nano -szilícium -karbidot a hidrogén tárolására, a fotokatalízisre és az érzékelésre is használják, széles körű alkalmazási kilátásokat mutatva.