Силиконски карбид наноматеријали

Силиконски карбид наноматеријали

Силиконски карбид наноматеријали (sic наноматеријали) се однесуваат на материјали составени одСиликон карбид (sic)со најмалку една димензија во нанометарската скала (обично дефинирана како 1-100nm) во тродимензионален простор. Силиконските карбидни наноматеријали можат да се класифицираат во нулта-димензионални, еднодимензионални, дводимензионални и тродимензионални структури според нивната структура.

Нулта-димензионални наноструктурисе структури чии сите димензии се на нанометарска скала, главно, вклучувајќи цврсти нанокристали, шупливи наносфери, шупливи нанокажи и наносфери на јадро.

Еднодимензионални наноструктуриПогледнете ги структурите во кои две димензии се ограничени на нанометарската скала во тродимензионален простор. Оваа структура има многу форми, вклучително и нанови (цврст центар), наноцевки (шуплив центар), нанобелти или нанобелти (тесен правоаголен пресек) и нанопризми (пресек во форма на призма). Оваа структура стана во фокусот на интензивно истражување заради неговите уникатни апликации во мезоскопската физика и производството на уреди на нано -скала. На пример, превозниците во еднодимензионални наноструктури можат да се пропагираат само во една насока на структурата (т.е. надолжната насока на нановирот или наноцевката) и може да се користат како интерконекции и клучни уреди во наноелектроника.

Дводимензионални наноструктури, кои имаат само една димензија на нано -скалата, обично нормална на нивната рамнина на слоеви, како што се нано -листови, нано -листови, нано -листови и наносфери, неодамна добија посебно внимание, не само за основното разбирање на нивниот механизам за раст, туку и за истражување на нивните потенцијални апликации во светлина во светлина, сензори, соларни клетки, итн.

Тридимензионални наноструктуриОбично се нарекуваат комплексни наноструктури, кои се формираат со збирка на една или повеќе основни структурни единици во нулта-димензионални, еднодимензионални и дводимензионални (како што се наноири или нанороди поврзани со единечни кристални крстосници), а нивните целокупни геометриски димензии се на нанометарот или скалата на микрометар. Ваквите сложени наноструктури со висока површина по единица волумен даваат многу предности, како што се долги оптички патеки за ефикасна апсорпција на светлина, брз трансфер на меѓуфацијално полнење и можности за транспорт на полнење за прилагодување. Овие предности овозможуваат тродимензионални наноструктури да го унапредат дизајнот во идните апликации за конверзија и складирање на енергија и складирање. Од 0Д до 3Д структури, се изучувале широк спектар на наноматеријали и постепено се воведуваат во индустријата и секојдневниот живот.

Методи за синтеза на sic наноматеријали

Нулта-димензионални материјали можат да се синтетизираат со метод на топло топење, метод на електрохемиско гравирање, метод на ласерска пиролиза, итн. За да се добиеSic цврстоНанокристалите кои се движат од неколку нанометри до десетици нанометри, но обично се псевдо-сферични, како што е прикажано на Слика 1.

Слика 1 TEM слики на β-SIC нанокристали подготвени со различни методи

(а) солвотермална синтеза [34]; (Б) метод на електрохемиско гравирање [35]; (в) термичка обработка [48]; (г) Ласерска пиролиза [49]

Дасог и сор. синтетизирани сферични β-SIC нанокристали со контролирана големина и јасна структура со реакција на двојно распаѓање на цврста состојба помеѓу прав SIO2, Mg и C [55], како што е прикажано на Слика 2.

Слика 2 ФЕСЕМ Слики на сферични SIC нанокристали со различни дијаметри [55]

(а) 51,3 ± 5,5 nm; (Б) 92,8 ± 6,6 nm; (в) 278,3 ± 8,2 nm

Метод на пареа фаза за одгледување Sic nanowires. Синтезата на гасната фаза е најзрела метод за формирање на Sic nanowires. Во еден типичен процес, пареата супстанции што се користат како реактанти за формирање на крајниот производ се создаваат со испарување, хемиско намалување и гасовита реакција (за која е потребна висока температура). Иако високата температура ја зголемува дополнителната потрошувачка на енергија, SIC нановите одгледувани со овој метод обично имаат висок кристален интегритет, јасни нанови/нанороди, нанопризми, нанонеди, наноцевки, нанобели, нанокабили, итн., Како што е прикажано на слика 3.

Слика 3 Типични морфологии на еднодимензионални SIC наноструктури 

(а) низи на Nanowire на јаглеродни влакна; (б) ултралонг наноси на топки Ni-Si; (в) наноси; (г) нанопризми; (Д) Нанобамбоо; (ѓ) Nanoneedles; (е) нанобони; (Ж) Нанохаин; (з) Наноцевки

Метод на решение за подготовка на sic nanowires. Методот на раствор се користи за подготовка на SIC Nanowires, што ја намалува температурата на реакцијата. Методот може да вклучува кристализирање на претходникот на фазата на раствор преку спонтано хемиско намалување или други реакции на релативно блага температура. Како претставници на методот на раствор, најчесто се користат солвотермална синтеза и хидротермална синтеза за да се добијат SIC нанови на ниски температури.

Дводимензионалните наноматеријали можат да бидат подготвени со солвотермални методи, пулсирани ласери, термичко намалување на јаглерод, механичка ексфолијација и засилена со микробранова плазмаCVD. Хо и др. реализираше 3D SIC наноструктура во форма на нановарен цвет, како што е прикажано на Слика 4. SEM-сликата покажува дека структурата слична на цвет има дијаметар од 1-2 μm и должина од 3-5 μm.

Слика 4 СЕМ слика на тродимензионален цвет Sic Nanowire

Перформанси на sic наноматеријали

SIC наноматеријалите се напреден керамички материјал со одлични перформанси, кој има добри физички, хемиски, електрични и други својства.

✔ Физички својства

Висока цврстина: Микрохардовата на нано-силикон карбид е помеѓу Corundum и Diamond, а неговата механичка јачина е поголема од онаа на Corundum. Има голема отпорност на абење и добра само-подмачкување.

Висока термичка спроводливост: Нано-силикон карбидот има одлична топлинска спроводливост и е одличен термички спроводлив материјал.

Низок коефициент на термичка експанзија: Ова му овозможува на нано-силикон карбидот да одржува стабилна големина и форма во услови на висока температура.

Висока специфична површина: Една од карактеристиките на наноматеријалите, е погодна за подобрување на неговата површинска активност и перформансите на реакцијата.

✔ Хемиски својства

Хемиска стабилност: Нано-силикон карбидот има стабилни хемиски својства и може да ги одржува своите перформанси непроменети под различни средини.

Антиоксидација: Може да се спротивстави на оксидацијата на високи температури и да има одлична отпорност на висока температура.

✔Електрични својства

Висок опсег: Високиот опсег го прави идеален материјал за правење електронски уреди со висока фреквенција, висока моќност и ниска енергија.

МОБИЛАЦИЈА ЗА ЗАВРШУВАЕ НА ЕЛЕКТРОНСКИОТ ЗАБАВУВАЕ: Тој е погоден за брзото пренесување на електроните.

✔Други карактеристики

Силна отпорност на зрачење: Може да одржува стабилни перформанси во зрачење.

Добри механички својства: Има одлични механички својства како што е висок еластичен модул.

Примена на sic наноматеријали

Електроника и полупроводнички уреди: Поради одличните електронски својства и стабилноста на висока температура, нано-силикон карбидот се користи во електронски компоненти со голема моќност, уреди со висока фреквенција, оптоелектронски компоненти и други полиња. Во исто време, тоа е исто така еден од идеалните материјали за производство на полупроводнички уреди.

Оптички апликации: Нано-силикон карбид има широк опсег и одлични оптички својства и може да се користи за производство на ласери со високи перформанси, LED диоди, фотоволтаични уреди, итн.

Механички делови: Искористување на неговата висока цврстина и отпорност на абење, нано-силикон карбид има широк спектар на апликации во производството на механички делови, како што се алатки за сечење со голема брзина, лежишта, механички заптивки, итн., Што во голема мерка може да го подобри отпорот на абење и услужниот век на деловите.

Нанокомпозитни материјали: Нано-силикон карбид може да се комбинира со други материјали за да се формираат нанокомпозити за подобрување на механичките својства, топлинска спроводливост и отпорност на корозија на материјалот. Овој нанокомпозитен материјал е широко користен во воздушната, автомобилската индустрија, енергетското поле, итн.

Структурни материјали со висока температура: НаноСиликон карбидима одлична стабилност на висока температура и отпорност на корозија и може да се користи во екстремни средини со висока температура. Затоа, се користи како структурен материјал со висока температура во воздушната, петрохемиската, металургијата и другите полиња, како што е производствотопечки со висока температура, цевки за печки, облоги на печки, итн.

Други апликации: Нано силикон карбид се користи и во складирање на водород, фотокотализа и сензори, покажувајќи широки изгледи за апликација.