Räni karbiidi nanomaterjalid

Räni karbiidi nanomaterjalid

Räni karbiidi nanomaterjalid (SIC nanomaterjalid) viitavad materjalideleRänikarbiid (sic)vähemalt ühe mõõtmega nanomeetri skaalal (tavaliselt määratletud kui 1-100 nm) kolmemõõtmelises ruumis. Räni karbiidi nanomaterjalid saab liigitada nullmõõtmelisteks, ühemõõtmelisteks, kahemõõtmelisteks ja kolmemõõtmelisteks struktuurideks vastavalt nende struktuurile.

Nullmõõtmelised nanostruktuuridon struktuurid, mille kõik mõõtmed on nanomeetri skaalal, sealhulgas peamiselt tahked nanokristallid, õõnsad nanosfäärid, õõnsad nanokapid ja tuuma kesta nanosfäärid.

Ühemõõtmelised nanostruktuuridVaadake struktuure, milles kaks mõõdet piirduvad nanomeetri skaalaga kolmemõõtmelises ruumis. Sellel struktuuril on palju vorme, sealhulgas nanojuhtmed (tahke keskpunkt), nanotorud (õõnes keskus), nanolaadid või nanolaadid (kitsad ristkülikukujulised ristlõiked) ja nanoprismid (prismakujuline ristlõige). Sellest struktuurist on saanud intensiivsete uuringute fookus tänu ainulaadsetele rakendustele mesoskoopilise füüsika ja nanomõõtmeseadmete tootmises. Näiteks saavad ühemõõtmeliste nanostruktuuride kandjad levida ainult konstruktsiooni ühes suunas (st nanojuhtme või nanotoru pikisuunaline suund) ning neid saab kasutada nanoelektroonika ühenduste ja võtmeseadmetena.

Kahemõõtmelised nanostruktuurid, millel on nanomõõtmetes ainult üks mõõde, tavaliselt nende kihi tasapinnaga risti, näiteks nanoketid, nanoletid, nanofäärid ja nanosfäärid, on viimasel ajal pälvinud erilist tähelepanu mitte ainult nende kasvumehhanismi põhiteadlaste, vaid ka nende potentsiaalsete rakenduste uurimiseks kergetes emissioonides, andurites, soolarambrites jne.

Kolmemõõtmelised nanostruktuuridtavaliselt nimetatakse neid keerukateks nanostruktuurideks, mis moodustatakse ühe või mitme põhilise struktuuriühiku kogumisel nullmõõtmeliste, ühemõõtmeliste ja kahemõõtmeliste (näiteks nanovõtu või nanoroodidega, mis on ühendatud üksikute kristallühenditega) ja nende üldised geomeetrilised mõõtmed on nanomeetri mikromeetri skaalal. Sellised keerukad nanostruktuurid, kus kõrge pindala ühe mahuühiku kohta on palju eeliseid, näiteks pikad optilised teed valguse tõhusaks imendumiseks, kiire pindadevahelise laengu ülekandmiseks ja häälestatava laengu transpordivõimaluste jaoks. Need eelised võimaldavad kolmemõõtmelistel nanostruktuuridel edendada tulevikus energia muundamise ja salvestusrakenduste kavandamist. 0D kuni 3D -struktuurideni on uuritud ja järk -järgult tööstuses ja igapäevaelus järk -järgult uuritud ja järk -järgult uuritud.

SIC nanomaterjalide sünteesimeetodid

Nullmõõtmelisi materjale saab sünteesida kuuma sulamismeetodi, elektrokeemilise söövitusmeetodi, laserpürolüüsi meetodi jms abilSic tahkeNanokristallid, mis ulatuvad mõnest nanomeetrist kuni kümnete nanomeetriteni, kuid on tavaliselt pseudo-sfäärilised, nagu on näidatud joonisel 1.

Joonis 1 β-SIC nanokristallide TEM-kujutised, mis on valmistatud erinevate meetoditega

a) solvotermiline süntees [34]; B) elektrokeemiline söövitusmeetod [35]; c) termiline töötlemine [48]; (D) Laserpürolüüs [49]

Dasog jt. Sünteesitud sfäärilised β-SIC nanokristallid, millel on kontrollitav suurus ja selge struktuur tahkis-kahekordse lagunemise reaktsiooni abil SiO2, Mg ja C pulbrite vahel [55], nagu on näidatud joonisel 2.

Joonis 2 FESEM -kujutised sfäärilistest SIC -nanokristallidest erineva läbimõõtuga [55]

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

Aurufaasi meetod SIC nanojuhtmete kasvatamiseks. Gaasifaasi süntees on kõige küpsem meetod SIC nanojuhtmete moodustamiseks. Tüüpilises protsessis genereeritakse lõppprodukti moodustamiseks reagentidena kasutatavad aurusainad aurustumise, keemilise redutseerimise ja gaasilise reaktsiooni abil (vajavad kõrget temperatuuri). Ehkki kõrge temperatuur suurendab täiendavat energiatarbimist, on selle meetodi abil kasvatatud SIC -nanojuhtmetel tavaliselt kõrge kristalli terviklikkus, selged nanojuhtmed/nanorod, nanoprismid, nanoneedlid, nanotorud, nanobüüdid, nanokapid jne, nagu on näidatud joonisel 3.

Joonis 3 ühemõõtmeliste SIC nanostruktuuride tüüpilised morfoloogiad 

(a) nanovõre massiivid süsinikkiududel; (b) ultralongid nanojuhtmed ni-si kuulidel; c) nanojuhtmed; d) nanoprismid; E) nanobamboo; f) nanoneedlid; g) nanobokid; H) nanoketid; i) nanotorud

Lahendusmeetod SIC nanojuhtmete valmistamiseks. Lahuse meetodit kasutatakse SIC nanojuhtmete valmistamiseks, mis vähendab reaktsiooni temperatuuri. Meetod võib hõlmata lahuse faasi prekursori kristallimist spontaanse keemilise redutseerimise või muude reaktsioonide kaudu suhteliselt kerge temperatuuril. Lahusemeetodi esindajatena on SIC nanojuhtmete saamiseks madalatel temperatuuridel tavaliselt kasutatud soolvotermilist sünteesi ja hüdrotermilist sünteesi.

Kahemõõtmelisi nanomaterjale saab valmistada lahustumismeetodite, impulsslaserite, süsiniku soojuse vähendamise, mehaanilise koorimise ja mikrolaineplasma abilCVD. Ho et al. realiseeris 3D-sic-nanostruktuuri nanojuhtme lille kujuga, nagu on näidatud joonisel 4. SEM-pilt näitab, et lillelaadse struktuuri läbimõõt on 1-2 μm ja pikkus 3-5 μm.

Joonis 4 SEM pilt kolmemõõtmelise SIC nanovõre lille kohta

SIC nanomaterjalide jõudlus

SIC nanomaterjalid on täiustatud keraamiline materjal, millel on suurepärane jõudlus, millel on head füüsilised, keemilised, elektri- ja muud omadused.

✔ Füüsilised omadused

Kõrge kõvadus: nano-silicon karbiidi mikrokahjusus on korundi ja teemandi vahel ning selle mehaaniline tugevus on suurem kui korundil. Sellel on kõrge kulumiskindlus ja hea enese määrdumine.

Kõrge soojusjuhtivus: nanosilicon karbiidil on suurepärane soojusjuhtivus ja see on suurepärane soojusjuhtiv materjal.

Madal soojuspaisumistegur: see võimaldab nano-räni karbiidil säilitada stabiilse suuruse ja kuju kõrgete temperatuuride tingimustes.

Kõrge spetsiifiline pindala: nanomaterjalide üks omadusi, see soodustab selle pinna aktiivsuse ja reaktsiooni jõudluse parandamist.

✔ Keemilised omadused

Keemiline stabiilsus: nano-silicon karbiidil on stabiilsed keemilised omadused ja see võib säilitada selle jõudlust erinevates keskkondades.

Antioksüdatsioon: see võib vastu seista kõrgel temperatuuril ja sellel on suurepärane kõrge temperatuuri vastupidavus.

✔Elektrilised omadused

Kõrge ribalakk: kõrge ribalapp teeb sellest ideaalse materjali kõrgsageduslike, suure võimsusega ja vähese energiatarbega elektroonikaseadmete valmistamiseks.

Kõrge elektronide küllastumise liikuvus: see soodustab elektronide kiiret ülekandumist.

✔Muud omadused

Tugev kiirguskindlus: see suudab säilitada stabiilse jõudluse kiirguskeskkonnas.

Head mehaanilised omadused: sellel on suurepärased mehaanilised omadused, näiteks kõrge elastsusmoodul.

SIC nanomaterjalide rakendamine

Elektroonika- ja pooljuhtide seadmed: Tänu oma suurepärastele elektroonilistele omadustele ja kõrgtemperatuurilise stabiilsuse tõttu kasutatakse nano-silicon karbiidi laialdaselt suure võimsusega elektroonilistes komponentides, kõrgsagedusseadmetes, optoelektroonilistes komponentides ja muudes väljades. Samal ajal on see ka üks ideaalseid materjale pooljuhtseadmete tootmiseks.

Optilised rakendused: Nano-Siliconi karbiidil on lai ribalaud ja suurepärased optilised omadused ning seda saab kasutada suure jõudlusega laserite, LED-ide, fotogalvaaniliste seadmete jms tootmiseks jne tootmiseks.

Mehaanilised osad: Kasutades oma suurt kõvadust ja kulumiskindlust, on nano-silicon karbiidil mehaaniliste osade valmistamisel lai valik rakendusi, näiteks kiireid lõiketööriistu, laagreid, mehaanilisi tihendeid jne, mis võivad oluliselt parandada osade kulumiskindlust ja tööiga.

Nanokomposiitmaterjalid: Nano-Siliconi karbiidi saab kombineerida teiste materjalidega, et moodustada nanokomposiitidele materjali mehaanilisi omadusi, soojusjuhtivust ja korrosiooniresistentsust. Seda nanokomposiitmaterjali kasutatakse laialdaselt kosmoses, autotööstuses, energiavaldkonnas jne.

Kõrge temperatuuriga konstruktsioonimaterjalid: Nanoränikarbiidon suurepärane kõrge temperatuuri stabiilsus ja korrosioonikindlus ning seda saab kasutada äärmises kõrge temperatuuriga keskkonnas. Seetõttu kasutatakse seda kõrge temperatuuriga konstruktsioonimaterjalina kosmoses, naftakeemilises, metallurgias ja muudes põldudes, näiteks tootminekõrge temperatuuriga ahjud, ahjutorud, ahju vooderdus jne.

Muud rakendused: Nanoräni karbiidi kasutatakse ka vesiniku ladustamisel, fotokatalüüsimisel ja sensatsioonil, näidates laiaulatuslikke väljavaateid.