Силиконски карбидни наноматеријали

Силиконски карбидни наноматеријали

Силиконски карбидни наноматеријали (сиц наноматеријали) односе се на материјале састављене одСилицијум карбида (СИЦ)са најмање једном димензијом у скали нанометре (обично је дефинисано као 1-100нм) у тродимензионалном простору. Силиконски карбидни наноматеријали могу се сврстати у нулте димензионалне, једнодимензионалне, дводимензионалне и тродимензионалне структуре у складу са њиховом структуром.

Нултедимензионалне наноструктуреДа ли су структуре чије су све димензије на скали нанометре, углавном укључујући чврсте нанокристе, шупље наносфере, шупље наноцаге и језгрене наносфере.

Једнодимензионалне наноструктуреПогледајте структуре у којима су две димензије ограничене на скали нанометре у тродимензионалном простору. Ова структура има много облика, укључујући нановирес (чврсти центар), нанотубе (шупљи центар), нанобелтс или нанобелтс (уски правокутни пресек) и нанопризми (пресек у облику призме). Ова структура је постала фокус интензивног истраживања због својих јединствених апликација у мезоскопској физици и производњи уређаја наноскале. На пример, носачи у једнодимензионалним наноструктурима могу се само ширити само у једном правцу структуре (тј. Уздужни смер Нановире или нанотубе) и могу се користити као интерконективне и кључне уређаје у наноелектроницима.

Дводимензионалне наноструктуре, који има само једну димензију на наноскалу, обично окомито на њихов слојни авион, као што су наносхеетс, наносхеетс, наносхеетс и наноссфере, недавно су примили посебну пажњу, не само за основно разумевање њиховог механизма раста, већ и за истраживање својих потенцијалних апликација итд.

Тродимензионалне наноструктуреОбично се називају сложеним наноструктурима, које су формиране збирцем једне или више основних структуралних јединица у нултом димензионалном, једнодимензионалном, једнодимензионалном и дводимензионалном (као што су нановире или нанороди повезане са једним цристалним пролазима), а њихове укупне геометријске димензије су на нивоу нанометра или микрометра. Такве сложене наноструктуре са високом површином по количини јединице пружају много предности, као што су дуги оптички путеви за ефикасно апсорпцију светлости, брзе преноса интерфацијалног набоја и прилагодљиве могућности трошкова трошкова. Ове предности омогућавају тродимензионалне наноструктуре да унапреде дизајн у будућим конверзијама енергије и складиштења. Од 0Д до 3Д структура проучава се широк спектар наноматеријалних материјала и постепено се уноси у индустрију и свакодневни живот.

Методе синтезе сиц наноматеријали

Нулто-димензионални материјали могу се синтетизовати методом вруће топљења, методом електрохемијске јеткања, метода ласерске пиролизе итд.Сиц чврстаНанокристали су у распону од неколико нанометара до десетина нанометара, али обично су псеудо-сферичне, као што је приказано на слици 1.

Слика 1 Ом слике β-сиц нанокристала припремљених по различитим методама

(а) солвотермална синтеза [34]; (Б) метода електрохемијске јеткања [35]; (ц) термичка обрада [48]; (д) ласерска пиролиза [49]

Дасог ет ал. Синтетизирани сферични β-сички нанокримали са величином контроле и јасне структуре од стране двоструког реакцијом двоструког распадања између СИО2, МГ и Ц пудера [55], као што је приказано на слици 2.

Слика 2 ФЕСЕМ Слике сферних сичких нанокримала са различитим пречницима [55]

(а) 51,3 ± 5,5 нм; (Б) 92.8 ± 6,6 нм; (ц) 278,3 ± 8,2 нм

Метода фазе паре за узгој сиц нановиреса. Синтеза гасних фаза је нај зрелија метода за формирање СИЦ нановира. У типичном процесу, паре супстанце које се користе као реактанти за формирање коначног производа стварају се испаравањем, хемијском смањењем и гасовитим реакцијом (захтевају високу температуру). Иако висока температура повећава додатну потрошњу енергије, СИЦ нановири који се узгаја овим поступком обично имају висок кристални интегритет, чисте нановирес / нанородс, нанопризми, нанонеедлес, наноцутес, нанобелтс, наноцублес итд., Као што је приказано на слици 3.

Слика 3 типичне морфологије једнодимензионалне сичке наноструктуре 

(а) нановире низови на карбонским влакнима; (б) ултрафлонг нановирес на ни-сиг лопти; (ц) нановирес; (д) нанопризми; (Е) нанобамбоо; (ф) Нанонеедлес; (г) Нанобонес; (Х) нанохаинс; (и) нанотубес

Метода решења за припрему сиц нановиреса. Метода решења користи се за припрему сиц нановиреса, што смањује температуру реакције. Метода може укључивати кристализацију прекурсора фазе решења путем спонтаног хемијског смањења или других реакција на релативно благу температуру. Као представници методе решења, солвотермална синтеза и хидротермална синтеза обично се користе за добијање сичких нановира на ниским температурама.

Дводимензионални наноматеријали могу се припремити солвотермалним методама, пулсираним ласерима, умањивању топлотног угљеника, механичком пилићима и побољшане микроталасне плазмеЦВД. Хо и др. Схватио је 3Д СИЦ наноструктуру у облику нановире цвета, као што је приказано на слици 4. Сем слика показује да структура слична цвета има пречник 1-2 μм и дужину од 3-5 μм.

Слика 4 СЕМ Слика тродимензионалног цвета СИЦ нановире

Перформансе сиц наноматеријала

Сиц Наноматеријали су напредни керамички материјал са одличним перформансама, које има добре физичке, хемијске, електричне и друге својства.

✔ Физичка својства

Висока тврдоћа: микрохардност нано-силицијум карбида је између корундума и дијаманта, а његова механичка чврстоћа је већа од корундума. Има високу отпорност на хабање и добро само подмазивање.

Висока топлотна проводљивост: Нано-Силицон Царбиде има одличну топлотну проводљивост и одличан је топлотни проводљив материјал.

Коефицијент ниске термичке експанзије: то омогућава нано-силицијумском карбиду да одржава стабилну величину и облик под високим температурама.

Висока специфична површина: Једна од карактеристика наноматеријали, погодује побољшању његове површинске активности и реакционе перформансе.

✔ Хемијска својства

Хемијска стабилност: Нано-Силицон Царбиде има стабилна хемијска својства и може одржати своје перформансе непромењене под различитим окружењима.

Антиоксидација: Може се одупријестити оксидацији на високим температурама и показује одличан отпор високе температуре.

✔Електрична својства

Високи опсег: Високи опсег чини га идеалним материјалом за прављење високофреквентних, високоенергетских електронских уређаја.

Покретљивост високог електрона засићења: погодује брзим преносу електрона.

✔Остале карактеристике

Јака отпорност на зрачење: Може да одржава стабилне перформансе у окружењу радијације.

Добра механичка својства: Има одлична механичка својства, као што су високи еластични модул.

Примена сиц наноматеријала

Електроника и полуводички уређаји: Због својих одличних електронских својстава и стабилности високог температура, нано-силицијум карбида се широко користи у електронским електронским компонентама, високофреквентним уређајима, оптоелектронским компонентама и другим пољима. Истовремено, то је такође један од идеалних материјала за производњу полуводичких уређаја.

Оптичке апликације: Нано-Силицон Царбиде има широк опсег и одлична оптичка својства и може се користити за производњу ласерских ласера ​​високих перформанси, ЛЕД-ове, фотонапонске уређаје итд.

Механички делови: Искориштавање његове високе тврдоће и отпорности на хабање, нано-силицијум карбида има широк спектар апликација у производњи механичких делова, као што су алате за сечење брзих брзина, лежајеви, механичких заптивача итд., Што може увелико побољшати отпорност на хабање и радни век делова.

Наноцомпосите материјали: Нано-Силицон Царбиде се може комбиновати са другим материјалима да би се створиле нанокопостите за побољшање механичких својстава, топлотне проводљивости и отпорности на корозију материјала. Овај материјал нанокомпозити се широко користи у ваздухопловству, аутомобилској индустрији, енергетском пољу итд.

Структурни материјали са високим температурама: Наносилицијум карбидима одличну високу температуру и отпорност на корозију и може се користити у екстремним окружењима високе температуре. Стога се користи као структурни материјал високе температуре у ваздухопловству, петрохемијској, металургији и другим пољима, као што је производњаВисоке температуре, цеви за пећ, облоге пећи итд.

Остале апликације: Нано Силицон Царбиде се такође користи у меморији водоника, фотокатализи и осећају, који показује широке перспективе примене.