Silicon carbide nanomaterials

Silicon carbide nanomaterials

Silicon carbide nanomaterials (SiC nanomaterials) nuduhake bahan sing kasusun sakasilikon karbida (SiC)kanthi paling ora siji dimensi ing skala nanometer (biasane ditetepake minangka 1-100nm) ing ruang telung dimensi. Nanomaterial silikon karbida bisa digolongake dadi struktur nul dimensi, siji dimensi, rong dimensi lan telung dimensi miturut strukture.

Struktur nano nul dimensiminangka struktur sing kabeh dimensi ana ing skala nanometer, utamane kalebu nanokristal padhet, nanospheres berongga, nanocages berongga lan nanospheres inti-cangkang.

Struktur nano siji-dimensinuduhake struktur sing rong dimensi diwatesi ing skala nanometer ing ruang telung dimensi. Struktur iki nduweni pirang-pirang wujud, kalebu kawat nano (pusat padat), tabung nano (tengah berongga), sabuk nano utawa sabuk nano (penampang persegi panjang sing sempit) lan nanoprisma (penampang berbentuk prisma). Struktur iki wis dadi fokus riset intensif amarga aplikasi unik ing fisika mesoskopik lan manufaktur piranti skala nano. Contone, operator ing struktur nano siji-dimensi mung bisa nyebar ing siji arah struktur (yaiku, arah longitudinal saka nanowire utawa nanotube), lan bisa digunakake minangka interconnects lan piranti tombol ing nanoelectronics.

Struktur nano rong dimensi, sing mung nduweni siji dimensi ing skala nano, biasane jejeg karo bidang lapisan, kayata nanosheets, nanosheets, nanosheets lan nanospheres, wis entuk perhatian khusus bubar, ora mung kanggo pangerten dhasar babagan mekanisme pertumbuhane, nanging uga kanggo njelajah potensial. aplikasi ing emitter cahya, sensor, sel solar, etc.

Struktur nano telung dimensiBiasane diarani struktur nano kompleks, sing dibentuk saka koleksi siji utawa luwih unit struktur dhasar ing dimensi nol, siji dimensi, lan rong dimensi (kayata kawat nano utawa nanorod sing disambungake dening persimpangan kristal tunggal), lan dimensi geometris sakabèhé. ana ing skala nanometer utawa mikrometer. Struktur nano kompleks kasebut kanthi area permukaan sing dhuwur saben volume unit nyedhiyakake akeh kaluwihan, kayata jalur optik sing dawa kanggo panyerepan cahya sing efisien, transfer muatan antarmuka sing cepet, lan kemampuan transportasi muatan sing bisa disetel. Kauntungan kasebut mbisakake struktur nano telung dimensi kanggo ngembangake desain ing konversi energi lan aplikasi panyimpenan ing mangsa ngarep. Saka struktur 0D nganti 3D, macem-macem nanomaterials wis diteliti lan mboko sithik dikenalake ing industri lan urip saben dina.

Metode sintesis nanomaterial SiC

Bahan nol dimensi bisa disintesis kanthi metode leleh panas, metode etsa elektrokimia, metode pirolisis laser, lsp.SiC mantapnanocrystals wiwit saka sawetara nanometer nganti puluhan nanometer, nanging biasane pseudo-spherical, kaya sing dituduhake ing Gambar 1.

Gambar 1 Gambar TEM saka β-SiC nanocrystals disiapake kanthi cara sing beda

(a) Sintesis Solvothermal[34]; (B) Metode etsa elektrokimia [35]; (c) Pangolahan termal[48]; (d) Pirolisis laser[49]

Dasog et al. nanokristal β-SiC bunder sing disintesis kanthi ukuran sing bisa dikontrol lan struktur sing cetha kanthi reaksi dekomposisi ganda solid-state antarane bubuk SiO2, Mg lan C [55], kaya sing dituduhake ing Gambar 2.

Gambar 2 Gambar FESEM saka nanokristal SiC bunder kanthi diameter sing beda [55]

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

Metode fase uap kanggo ngembangake kawat nano SiC. Sintesis fase gas minangka cara paling diwasa kanggo mbentuk kawat nano SiC. Ing proses khas, zat uap sing digunakake minangka reaktan kanggo mbentuk produk pungkasan diasilake dening penguapan, reduksi kimia lan reaksi gas (mbutuhake suhu dhuwur). Sanajan suhu dhuwur nambah konsumsi energi tambahan, kawat nano SiC sing ditanam kanthi cara iki biasane duwe integritas kristal sing dhuwur, kawat nano / nanorod sing cetha, nanoprisma, nanoneedles, nanotube, nanobelts, nanokabel, lan sapiturute, kaya sing dituduhake ing Gambar 3.

Gambar 3 Morfologi khas saka struktur nano SiC siji-dimensi 

(a) Nanowire arrays ing serat karbon; (b) Kawat nano Ultralong ing bal Ni-Si; (c) Kawat nano; (d) Nanoprisma; (e) Nanobamboo; (f) Nanoneedles; (g) Nanobones; (h) Nanochains; (i) Nanotube

Metode solusi kanggo nyiapake kawat nano SiC. Cara solusi digunakake kanggo nyiapake kawat nano SiC, sing nyuda suhu reaksi. Cara kasebut bisa uga kalebu kristalisasi prekursor fase solusi liwat reduksi kimia spontan utawa reaksi liyane ing suhu sing relatif entheng. Minangka wakil saka metode solusi, sintesis solvothermal lan sintesis hidrotermal wis umum digunakake kanggo entuk kawat nano SiC ing suhu sing kurang.

Nanomaterial rong dimensi bisa disiapake kanthi metode solvothermal, laser pulsed, pengurangan termal karbon, pengelupasan mekanik, lan plasma gelombang mikro sing ditingkatake.CVD. Ho et al. nyadari struktur nano SiC 3D kanthi bentuk kembang nanowire, kaya sing ditampilake ing Gambar 4. Gambar SEM nuduhake yen struktur kaya kembang kasebut nduweni diameter 1-2 μm lan dawane 3-5 μm.

Gambar 4 Gambar SEM kembang nanowire SiC telung dimensi

Kinerja saka SiC nanomaterials

Nanomaterials SiC minangka bahan keramik canggih kanthi kinerja sing apik, sing nduweni sifat fisik, kimia, listrik lan liya-liyane.

✔ Sifat fisik

Kekerasan dhuwur: Microhardness nano-silikon karbida ana ing antarane korundum lan berlian, lan kekuatan mekanik luwih dhuwur tinimbang korundum. Nduwe resistensi nyandhang dhuwur lan pelumasan diri sing apik.

Konduktivitas termal sing dhuwur: Nano-silikon karbida nduweni konduktivitas termal sing apik lan minangka bahan konduktif termal sing apik.

Koefisien ekspansi termal sing kurang: Iki ngidini karbida nano-silikon njaga ukuran lan wujud sing stabil ing kahanan suhu sing dhuwur.

Tlatah lumahing spesifik sing dhuwur: Salah sawijining karakteristik nanomaterial, kondusif kanggo ningkatake aktivitas permukaan lan kinerja reaksi.

✔ Sifat kimia

Stabilitas kimia: Nano-silikon karbida nduweni sifat kimia sing stabil lan bisa njaga kinerjae ora owah ing macem-macem lingkungan.

Antioksidasi: Bisa nolak oksidasi ing suhu dhuwur lan nuduhake resistensi suhu dhuwur banget.

✔Sifat-sifat listrik

Celah pita dhuwur: Celah pita dhuwur ndadekake bahan sing cocog kanggo nggawe piranti elektronik frekuensi dhuwur, daya dhuwur, lan kurang energi.

Mobilitas jenuh elektron sing dhuwur: Iku kondusif kanggo transmisi elektron kanthi cepet.

✔Ciri liyane

Resistansi radiasi sing kuat: Bisa njaga kinerja sing stabil ing lingkungan radiasi.

Sifat mekanik sing apik: Nduwe sifat mekanik sing apik kayata modulus elastis sing dhuwur.

Aplikasi saka SiC nanomaterials

Piranti elektronik lan semikonduktor: Amarga sifat elektronik sing apik lan stabilitas suhu dhuwur, nano-silikon karbida digunakake akeh ing komponen elektronik daya dhuwur, piranti frekuensi dhuwur, komponen optoelektronik lan lapangan liyane. Ing wektu sing padha, uga minangka salah sawijining bahan sing cocog kanggo nggawe piranti semikonduktor.

Aplikasi optik: Nano-silikon carbide nduweni celah pita lebar lan sifat optik sing apik banget, lan bisa digunakake kanggo nggawe laser kinerja dhuwur, LED, piranti fotovoltaik, lsp.

Bagian mekanik: Njupuk kauntungan saka atose dhuwur lan resistance nyandhang, nano-silikon karbida duwe sawetara saka sudhut aplikasi ing Pabrik bagean mechanical, kayata dhuwur-kacepetan alat nglereni, bantalan, mechanical segel, kang bisa nemen nambah nyandhang. resistance lan urip layanan saka bagean.

Bahan nanokomposit: Nano-silikon carbide bisa digabungake karo bahan liyane kanggo mbentuk nanocomposites kanggo nambah sifat mechanical, konduktivitas termal lan resistance karat saka materi. materi nanocomposite iki digunakake digunakake ing aerospace, industri otomotif, lapangan energi, etc.

Bahan struktural suhu dhuwur: Nanosilikon karbidawis stabilitas suhu dhuwur banget lan resistance karat, lan bisa digunakake ing lingkungan suhu dhuwur nemen. Mulane, digunakake minangka bahan struktur suhu dhuwur ing aerospace, petrokimia, metalurgi lan lapangan liyane, kayata manufaktur.tungku suhu dhuwur, tabung tungku, lapisan tungku, lsp.

Aplikasi liyane: Nanosilikon karbida uga digunakake ing panyimpenan hidrogen, photocatalysis lan sensing, nuduhake prospek aplikasi sing amba.