Кремний карбиді наноматериалдар

Кремний карбиді наноматериалдар

Кремний карбиді наноматериалдар (SIC наноматериалдары) құрылған материалдардан қараңызКремний карбид (SIC)Үш өлшемді кеңістіктегі нанометр шкаласындағы кем дегенде бір өлшем (әдетте 1-100н) кеңістікте. Кремний карбиді наноматериалдарын олардың құрылымына сәйкес нөлдік, бір өлшемді, екі өлшемді және үш өлшемді құрылымдарға жіктеуге болады.

Нөлдік нөлдік наноқұрылымдарБарлық өлшемдер барлық өлшемдер нанометр шкаласында, негізінен қатты наноқшаулылдар, қуыс наноцерлер, қуыс наноктар және өзек қабықшалар наносфералары.

Бір өлшемді наноқұрылымдарҮш өлшемді кеңістіктегі нанометр масштабымен екі өлшемді екі өлшемді құрылымдардан қараңыз. Бұл құрылымда көптеген формалар бар, соның ішінде нановирлер (қатты орталық), наноттер (қуыс орталық), нанобельдер немесе нанобельдер (тар тікбұрышты көлденең) және нанопрессия (приз тәрізді көлденең). Бұл құрылым мезоскопиялық физика және наноскале құрамындағы бірегей қосымшалардың арқасында қарқынды зерттеулердің назарына айналды. Мысалы, бір өлшемді наноқұрылымдардағы тасымалдаушылар құрылымның бір бағытын (яғни нановирдің немесе нанотобаның бойлық бағыты) тарата алады, ал наноэлектроникадағы негізгі құрылғылар мен негізгі құрылғылар ретінде пайдалануға болады.

Екі өлшемді наноқұрылымдар, NANOSCALE-де, әдетте, наношектер, наношондар, наношондар, наношондар және наносфералар, мысалы, олардың өсу механизмі туралы негізгі түсінікке ғана емес, сонымен қатар олардың өсу механизмдеріне, сенсорларда, күн жасушаларында және т.б.

Үш өлшемді наноқұрылымдарәдетте бір немесе бірнеше негізгі құрылымдық блоктар жиынтығымен, бір немесе бірнеше негізгі құрылымдық блоктар жиынтығымен, бір өлшемді және екі өлшемді (мысалы, нановирлер немесе нанородтар), ал олардың жалпы геометриялық өлшемдері нанометрде немесе микрометр шкаласында орналасқан. Құрылғының көлемі жоғары наноқұрылымдар жоғары беттік аймағы бар наноқұрылымдар көптеген артықшылықтарды, мысалы, тиімді жеңіл сіңіру, жылдам инфорциялық, жылдам инфорциялық аударымдар және көліктік тасымалдау мүмкіндіктері сияқты көптеген артықшылықтар береді. Бұл артықшылықтар болашақ энергияны конверсиялау және сақтау кезінде үш өлшемді наноқұрылымдарды алға жылжытуға мүмкіндік береді. 0D-ден 3-ге дейін құрылымдардан бастап түрлі наноматериалдар зерттелді және біртіндеп салаға және күнделікті өмірге енгізілді.

SIC наноматериалдарын синтездеу әдістері

Нөлдік өлшемді материалдарды ыстық балқыма әдісі, электрохимиялық элемент әдісімен, лазерлік пиролизмен және т.б. синтездеуге боладыSic қаттыНанокристалдар бірнеше нанометрден ондаған нанометрлерге дейін, бірақ әдетте 1-суретте көрсетілгендей жалған сфералық болады.

Әр түрлі әдістермен дайындалған β-SIC нанокристалдарының 1-суреттері

(a) еріткіш синтезі [34]; (Б) электрохимиялық мотивация әдісі [35]; (c) жылу өңдеу [48]; (d) лазерлік пиролиз [49]

Dasog et al. SiO2, MG және C ұнтағы (55] арасындағы қатты күйде датылақ реактивімен, 2-суретте көрсетілгендей, SiO2, MG және C ұнтағыштарымен басқарылатын өлшемді өлшемді және айқын құрылымы бар синтезделген сфералық β-sic nanocrystals.

2-сурет. Әр түрлі диаметрі бар сфералық суреттердің фесем суреттері [55]

(а) 51.3 ± 5,5 нм; (B) 92,8 ± 6,6 нм; (с) 278.3 ± 8,2 нм

SIC NANOWIRES өсіруге арналған бу фазалық әдісі. Газ фазасы синтезі - SIC NANOWIRS қалыптастырудың ең жетілген әдісі. Әдеттегі процессте түпкілікті өнімді қалыптастыру үшін реактивтер ретінде пайдаланылған бу заттары булану, химиялық азайту және газ тәрізді реакция арқылы жасалады (жоғары температураны қажет етеді). Although high temperature increases additional energy consumption, the SiC nanowires grown by this method usually have high crystal integrity, clear nanowires/nanorods, nanoprisms, nanoneedles, nanotubes, nanobelts, nanocables, etc., as shown in Figure 3.

Сурет 3 Бір өлшемді Sic NanoStructures-тің типтік морфологиялары 

(a) көміртек талшықтарына арналған Nanowire массивтері; (b) Ni-Si шарларындағы ультральды нановирлер; (с) Нановирлер; (d) нанопрессия; (Д) нанобамбоо; (f) Нанонештер; (g) Нанобондар; (H) наночиндер; (i) Нанотубтар

SIC NANOWIRES дайындау әдісі. Шешім әдісі реакция температурасын төмендететін SIC NANOWIRES дайындау үшін қолданылады. Әдістің құрамында стендтік химиялық азаюы немесе салыстырмалы түрде жұмсақ температурада басқа реакциялар арқылы предурсордың кристалдануы болуы мүмкін. Шешім әдісінің өкілдері ретінде SIC NANOWIRES-ті аз температурада алу үшін ерітінді синтезі және гидротермалдық синтезі жиі қолданылады.

Екі өлшемді наноматериалдарды ерітілген әдістермен, импульстің лазерлерімен, көміртегі жылумен азайту, механикалық қабыршақтану және микротолқынды плазмалармен дайындауға боладыCVD. Хо және басқалар. 4-суретте көрсетілгендей, Nanowire гүлі пішінінде 3D SIC наноқұрылымын іске асырды. Sem кескіні гүл тәрізді құрылымның диаметрі 1-2 мкм және ұзындығы 3-5 мкм.

Сурет 4 SIC NANOWIRE гүлі

SIC наноматериалдарының өнімділігі

SIC наноматериалдары - жақсы өнер өнімділігі бар жетілдірілген керамикалық материал, ол жақсы физикалық, химиялық, электр және басқа да қасиеттері бар.

✔ Физикалық қасиеттері

Жоғары қаттылық: Нано-кремний карбидінің микроэтилеттілігі Корандұм және гауһар арасында, ал оның механикалық беріктігі Корундқа қарағанда жоғары. Оның тозуға төзімділігі жоғары және жақсы өзін-өзі майлауға ие.

Жоғары термиялық өткізгіштік: нано-кремний карбидінің керемет жылу өткізгіштігі бар және керемет жылу өткізгіш материал.

Төмен термиялық кеңейту коэффициенті: Бұл нано-кремний карбидіне жоғары температуралы жағдайға тұрақты мөлшер мен пішінді сақтауға мүмкіндік береді.

Нақты беттің жоғары ауданы: Наноматериалдардың сипаттамаларының бірі, ол оның беткі белсенділігі мен реакция нәтижелерін жақсартуға ықпал етеді.

✔ Химиялық қасиеттері

Химиялық тұрақтылық: нано-кремний карбиді тұрақты химиялық қасиеттерге ие және оның әр түрлі орталарда өзгеріссіз сақталуы мүмкін.

Антиоксиданация: ол жоғары температурада тотығуға қарсы тұра алады және жоғары температураға төзімділігі жоғары.

✔Электрлік қасиеттер

High DandGap: High PandGap оны жоғары жиілікті, жоғары қуатты және аз энергиялы электрондық құрылғылар жасау үшін тамаша материал жасайды.

Жоғары электронды қанықтыру мобильділігі: ол электрондардың тез берілуіне ықпал етеді.

✔Басқа сипаттамалары

Радиациялық кедергінің күшті: ол радиациялық ортада тұрақты өнімділік сақтай алады.

Жақсы механикалық қасиеттері: оның жоғары серпімді модуль сияқты тамаша механикалық қасиеттері бар.

SIC наноматериалдарын қолдану

Электроника және жартылай өткізгіш құрылғылар: Оның керемет электронды қасиеттері мен температуралық тұрақтылығына байланысты нано-кремний карбиді жоғары қуатты электронды компоненттерде, жоғары жиілікті құрылғыларда, оптоэлектрондық компоненттермен және басқа өрістерде кеңінен қолданылады. Сонымен бірге, бұл сонымен қатар жартылай өткізгіш құрылғылар шығаратын тамаша материалдардың бірі болып табылады.

Оптикалық қосымшалар: Нано-кремний карбиді кең жолақ және керемет оптикалық қасиеттері бар және оларды жоғары сапалы лазерлер, жарықдиодтар, фотоэлектрлік құрылғылар және т.б.

Механикалық бөліктер.

Нанокомпозит материалдар: Нано-кремний карбиді механикалық қасиеттерін, жылу өткізгіштік пен материалдың коррозияға төзімділігін жақсарту үшін нанокомпозиттерді қалыптастыру үшін басқа материалдармен біріктіруге болады. Бұл нанокомпозит материалы аэроғарышта, автомобиль өнеркәсібі, энергетика саласында және т.б. кеңінен қолданылады.

Жоғары температуралы құрылымдық материалдар: Нанокремний карбидіЖоғары температура тұрақтылығы мен коррозияға төзімділігі жоғары және оны өте жоғары температуралы ортада қолдануға болады. Осылайша, ол аэроғарыш, мұнай-химия, металлургия және басқа да кен орындарында жоғары температуралық құрылым ретінде қолданылады, мысалы, өндірісЖоғары температура пештері, Пеш түтіктері, пеш төсемдері және т.б.

Басқа қосымшалар: НаноSillicon Carbide сонымен қатар сутегі сақтау, фотокализ және сезу, фотокатализ және сезу, фотокатализ және сезу кезінде қолданылады, бұл кең қолдану перспективалары.