Silikon karbür nanomalzemeleri

Silikon karbür nanomalzemeleri

Silikon karbür nanomalzemeleri (sic nanomalzemeleri)Silikon Karbür (sic)Nanometre ölçeğinde en az bir boyut (genellikle 1-100nm olarak tanımlanır) üç boyutlu boşlukta. Silikon karbür nanomalzemeleri, yapılarına göre sıfır boyutlu, tek boyutlu, iki boyutlu ve üç boyutlu yapılar olarak sınıflandırılabilir.

Sıfır boyutlu nanoyapılartüm boyutları nanometre ölçeğinde olan, özellikle katı nanokristaller, içi boş nanosferler, içi boş nanokajlar ve çekirdek kabuklu nanosferler dahil olmak üzere yapılardır.

Tek boyutlu nanoyapılarİki boyutun üç boyutlu boşlukta nanometre ölçeğiyle sınırlı olduğu yapılara bakın. Bu yapının nanoteller (katı merkez), nanotüpler (içi boş merkez), nanobelts veya nanobeltler (dar dikdörtgen kesit) ve nanoprizmalar (prizma şeklindeki kesit) dahil olmak üzere birçok form vardır. Bu yapı, mezoskopik fizik ve nano ölçekli cihaz üretimindeki benzersiz uygulamaları nedeniyle yoğun araştırmaların odağı haline gelmiştir. Örneğin, tek boyutlu nanoyapılardaki taşıyıcılar yapının sadece bir yönünde yayılabilir (yani nanotel veya nanotüpün uzunlamasına yönü) ve nanoelektroniklerde ara bağlantı ve anahtar cihazlar olarak kullanılabilir.

İki boyutlu nanoyapılarNano ölçekte sadece bir boyutu olan, genellikle tabaka düzlemlerine dik nanosheets, nanosheets, nanosheets ve nanosfer gibi, aynı zamanda sadece büyüme mekanizmalarının temel anlayışı için değil, aynı zamanda ışık dağıtıcıları, sensörler, güneş hücreleri vb.

Üç boyutlu nanoyapıgenellikle sıfır boyutlu, tek boyutlu ve iki boyutlu (tek kristal kavşaklarla bağlanan nanoteller veya nanorodlar) bir veya daha fazla temel yapısal birimden oluşan bir koleksiyon tarafından oluşturulan ve toplam geometrik boyutları nanometre veya mikrometre ölçekindedir. Birim hacim başına yüksek yüzey alanı olan bu karmaşık nanoyapılar, verimli ışık emilimi, hızlı arayüzey yük transferi ve ayarlanabilir yük taşıma özellikleri için uzun optik yollar gibi birçok avantaj sağlar. Bu avantajlar, üç boyutlu nanoyapıların gelecekteki enerji dönüşümü ve depolama uygulamalarında tasarımı ilerletmesini sağlar. 0D ila 3D yapılar arasında, çok çeşitli nanomalzemeler incelenmiş ve yavaş yavaş endüstri ve günlük yaşam haline getirilmiştir.

SIC nanomalzemelerinin sentez yöntemleri

Sıfır boyutlu malzemeler sıcak eriyik yöntemi, elektrokimyasal aşındırma yöntemi, lazer piroliz yöntemi vb. İle sentezlenebilir.Sic katıBirkaç nanometreden onlarca nanometreye kadar değişen nanokristaller, ancak Şekil 1'de gösterildiği gibi genellikle sahte küreseldir.

Şekil 1 Farklı yöntemlerle hazırlanan β-SIC nanokristallerinin TEM görüntüleri

(a) solvotermal sentez [34]; (B) elektrokimyasal aşınma yöntemi [35]; (c) termal işleme [48]; (d) lazer pirolizi [49]

Dasog ve ark. Şekil 2'de gösterildiği gibi, SIO2, Mg ve C tozları [55] arasında katı hal çift ayrışma reaksiyonu ile kontrol edilebilir boyut ve net yapıya sahip küresel β-sic nanokristalleri sentezlenmiş.

Şekil 2 Farklı çaplı küresel SIC nanokristallerinin FESEM görüntüleri [55]

(a) 51.3 ± 5.5 nm; (B) 92.8 ± 6.6 nm; (c) 278.3 ± 8.2 nm

SIC nanotelleri yetiştirmek için buhar fazı yöntemi. Gaz fazı sentezi, sic nanotelleri oluşturmak için en olgun yöntemdir. Tipik bir işlemde, nihai ürünü oluşturmak için reaktan olarak kullanılan buhar maddeleri, buharlaşma, kimyasal azaltma ve gaz reaksiyonu (yüksek sıcaklık gerektiren) ile üretilir. Yüksek sıcaklık ilave enerji tüketimini arttırsa da, bu yöntemle yetiştirilen SIC nanotelleri genellikle yüksek kristal bütünlüğe, berrak nanotellere, nanoprizmalar, nanonedles, nanotüpler, nanobelts, nanokable, vb.

Şekil 3 Tek boyutlu SIC nanoyapılarının tipik morfolojileri 

(a) karbon fiberler üzerindeki nanotel dizileri; (b) Ni-Si toplarında ultralong nanoteller; (c) nanoteller; (d) nanoprizmalar; (E) nanobamboo; (f) nanonedles; (g) nanobonlar; (H) nanokainler; (i) Nanotüpler

SIC nanotellerinin hazırlanması için çözüm yöntemi. Çözelti yöntemi, reaksiyon sıcaklığını azaltan SIC nanotelleri hazırlamak için kullanılır. Yöntem, bir çözelti fazı öncüsünün spontan kimyasal indirgeme veya nispeten hafif bir sıcaklıkta diğer reaksiyonlar yoluyla kristalleştirilmesini içerebilir. Çözelti yönteminin temsilcileri olarak, düşük sıcaklıklarda SIC nanotelleri elde etmek için yaygın olarak solvotermal sentez ve hidrotermal sentez kullanılmıştır.

İki boyutlu nanomalzemeler solvotermal yöntemler, darbeli lazerler, karbon termal indirgemesi, mekanik pul pul dökülme ve mikrodalga plazma ile hazırlanabilir.CVD. Ho ve ark. Şekil 4'te gösterildiği gibi bir nanotel çiçeği şeklinde bir 3D sic nanoyapı gerçekleştirdi. SEM görüntüsü, çiçek benzeri yapının çapı 1-2 μm ve 3-5 μm uzunluğuna sahip olduğunu göstermektedir.

Şekil 4 Üç boyutlu bir sic nanotel çiçeğinin SEM görüntüsü

SIC nanomalzemelerinin performansı

SIC nanomalzemeleri, iyi fiziksel, kimyasal, elektrik ve diğer özelliklere sahip mükemmel performansa sahip gelişmiş bir seramik malzemedir.

✔ Fiziksel Özellikler

Yüksek Sertlik: Nano-Silicon karbürün mikro sertliği korundum ve elmas arasındadır ve mekanik mukavemeti korundumdan daha yüksektir. Yüksek aşınma direncine ve iyi kendini yağlamaya sahiptir.

Yüksek termal iletkenlik: Nano-Silicon karbür mükemmel termal iletkenliğe sahiptir ve mükemmel bir termal iletken malzemedir.

Düşük Termal Genişleme Katsayısı: Bu, nano-silikon karbürün yüksek sıcaklık koşullarında kararlı bir boyut ve şekli korumasını sağlar.

Yüksek spesifik yüzey alanı: Nanomalzemelerin özelliklerinden biri, yüzey aktivitesini ve reaksiyon performansını iyileştirmeye elverişlidir.

✔ Kimyasal özellikler

Kimyasal stabilite: Nano-Silicon karbür kararlı kimyasal özelliklere sahiptir ve performansını çeşitli ortamlar altında değiştirebilir.

Antioksidasyon: Yüksek sıcaklıklarda oksidasyona direnebilir ve mükemmel yüksek sıcaklık direnci sergiler.

✔Elektriksel Özellikler

Yüksek bant aralığı: Yüksek bant aralığı, onu yüksek frekanslı, yüksek güçlü ve düşük enerjili elektronik cihazlar yapmak için ideal bir malzeme haline getirir.

Yüksek elektron doygunluğu hareketliliği: Elektronların hızlı iletimine elverişlidir.

✔Diğer özellikler

Güçlü Radyasyon Direnci: Bir radyasyon ortamında kararlı performansı koruyabilir.

İyi mekanik özellikler: Yüksek elastik modül gibi mükemmel mekanik özelliklere sahiptir.

SIC nanomalzemelerinin uygulanması

Elektronik ve yarı iletken cihazlar: Mükemmel elektronik özellikleri ve yüksek sıcaklık stabilitesi nedeniyle, nano-silikon karbür, yüksek güçlü elektronik bileşenlerde, yüksek frekanslı cihazlarda, optoelektronik bileşenlerde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, yarı iletken cihazların üretimi için ideal malzemelerden biridir.

Optik Uygulamalar: Nano-Silicon Karbür, geniş bir bant aralığı ve mükemmel optik özelliklere sahiptir ve yüksek performanslı lazerler, LED'ler, fotovoltaik cihazlar, vb. Üretmek için kullanılabilir.

Mekanik parçalar: Yüksek sertliği ve aşınma direncinden yararlanan Nano-Silicon karbür, parçaların aşınma direncini ve servis ömrünü büyük ölçüde artırabilen yüksek hızlı kesme aletleri, yataklar, mekanik contalar vb. Gibi mekanik parçaların üretiminde çok çeşitli uygulamalara sahiptir.

Nanokompozit malzemeler: Nano-Silicon karbür, malzemenin mekanik özelliklerini, termal iletkenliğini ve korozyon direncini geliştirmek için nanokompozitler oluşturmak üzere diğer malzemelerle birleştirilebilir. Bu nanokompozit malzeme havacılık, otomotiv endüstrisi, enerji alanında vb.

Yüksek sıcaklık yapısal malzemeler: Nanosilikon karbürMükemmel yüksek sıcaklık stabilitesi ve korozyon direncine sahiptir ve aşırı yüksek sıcaklık ortamlarında kullanılabilir. Bu nedenle, havacılık, petrokimya, metalurji ve üretim gibi diğer alanlarda yüksek sıcaklıklı bir yapısal malzeme olarak kullanılır.yüksek sıcaklık fırınları, fırın tüpleri, fırın astarları, vb.

Diğer uygulamalar: Nanosilikon karbür, hidrojen depolama, fotokataliz ve algılamada geniş uygulama beklentileri gösteriyor.