Silisium karbid nanomaterialları

Silisium karbid nanomaterialları

Silikon karbid nanomaterialları (SiC nanomaterialları) aşağıdakılardan ibarət materiallara aiddir.silisium karbid (SiC)üçölçülü məkanda nanometr miqyasında (adətən 1-100nm kimi müəyyən edilir) ən azı bir ölçü ilə. Silisium karbid nanomaterialları strukturlarına görə sıfır ölçülü, birölçülü, ikiölçülü və üçölçülü strukturlara təsnif edilə bilər.

Sıfır ölçülü nanostrukturlarƏsasən bərk nanokristallar, içi boş nanosferlər, içi boş nanoksferlər və nüvəli nanosferlər daxil olmaqla bütün ölçüləri nanometr miqyasında olan strukturlardır.

Bir ölçülü nanostrukturlarüçölçülü məkanda iki ölçüsün nanometr miqyası ilə məhdudlaşdığı strukturlara istinad edin. Bu strukturun bir çox formaları var, o cümlədən nanotellər (bərk mərkəz), nanoborular (boş mərkəz), nano kəmərlər və ya nanokəmərlər (dar düzbucaqlı kəsik) və nanoprizmalar (prizma formalı kəsik). Bu struktur mezoskopik fizikada və nanoölçülü cihaz istehsalında unikal tətbiqləri sayəsində intensiv tədqiqatların mərkəzinə çevrilmişdir. Məsələn, birölçülü nanostrukturlardakı daşıyıcılar strukturun yalnız bir istiqamətində (yəni nanotelin və ya nanoborunun uzununa istiqaməti) yayıla bilər və nanoelektronikada qarşılıqlı əlaqə və əsas cihazlar kimi istifadə edilə bilər.

İki ölçülü nanostrukturlarNanoölçülüdə yalnız bir ölçüyə malik olan, adətən təbəqə müstəvisinə perpendikulyar olan nanosheets, nanosheets, nanosheets və nanospheres kimi son zamanlar təkcə böyümə mexanizminin əsas anlayışı üçün deyil, həm də potensiallarını araşdırmaq üçün xüsusi diqqət yetirilmişdir. işıq yayıcılarda, sensorlarda, günəş batareyalarında və s.

Üçölçülü nanostrukturlaradətən kompleks nanostrukturlar adlanır, onlar sıfır ölçülü, birölçülü və ikiölçülü (məsələn, tək kristal qovşaqlarla birləşdirilmiş nanotellər və ya nanorodlar kimi) bir və ya daha çox əsas struktur vahidlərin toplusu ilə formalaşır və onların ümumi həndəsi ölçüləri nanometr və ya mikrometr miqyasındadır. Vahid həcmə düşən yüksək səth sahəsi olan bu cür mürəkkəb nanostrukturlar işığın səmərəli udulması üçün uzun optik yollar, sürətli interfasial yük ötürülməsi və tənzimlənən yük daşıma imkanları kimi bir çox üstünlüklər təmin edir. Bu üstünlüklər üçölçülü nanostrukturlara gələcək enerji çevrilməsi və saxlama tətbiqlərində dizaynı inkişaf etdirməyə imkan verir. 0D-dən 3D strukturlara qədər müxtəlif nanomateryallar tədqiq edilmiş və tədricən sənaye və gündəlik həyata daxil edilmişdir.

SiC nanomateriallarının sintez üsulları

Sıfır ölçülü materialları əldə etmək üçün isti ərimə üsulu, elektrokimyəvi aşındırma üsulu, lazer piroliz üsulu və s.SiC bərkbir neçə nanometrdən onlarla nanometrə qədər dəyişən nanokristallar, lakin Şəkil 1-də göstərildiyi kimi adətən psevdosferikdir.

Şəkil 1 Müxtəlif üsullarla hazırlanmış β-SiC nanokristallarının TEM şəkilləri

(a) Solvotermal sintez[34]; (B) Elektrokimyəvi aşındırma üsulu[35]; (c) Termik emal[48]; (d) Lazer piroliz[49]

Dasog və b. Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, SiO2, Mg və C tozları[55] arasında bərk halda ikiqat parçalanma reaksiyası ilə idarə olunan ölçüyə və aydın struktura malik sferik β-SiC nanokristalları sintez etmişdir.

Şəkil 2 Müxtəlif diametrli sferik SiC nanokristallarının FESEM şəkilləri[55]

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

SiC nanotellərinin yetişdirilməsi üçün buxar faza üsulu. Qaz fazasının sintezi SiC nanotellərinin formalaşdırılması üçün ən yetkin üsuldur. Tipik bir prosesdə son məhsulu yaratmaq üçün reaktivlər kimi istifadə olunan buxar maddələri buxarlanma, kimyəvi reduksiya və qaz reaksiyası (yüksək temperatur tələb edir) ilə əmələ gəlir. Yüksək temperatur əlavə enerji sərfiyyatını artırsa da, bu üsulla yetişdirilən SiC nanotelləri adətən Şəkil 3-də göstərildiyi kimi yüksək kristal bütövlüyünə, şəffaf nanotellərə/nanoidlərə, nanoprizmalara, nano iynələrə, nanoborulara, nano kəmərlərə, nanokabellərə və s.

Şəkil 3 Birölçülü SiC nanostrukturlarının tipik morfologiyaları 

(a) Karbon lifləri üzərində nanotel massivləri; (b) Ni-Si toplarında ultrauzun nanotellər; (c) Nanotellər; (d) Nanoprizmalar; (e) Nanobambuk; (f) Nano iynələr; (g) Nanobones; (h) Nanozəncirlər; (i) Nanoborular

SiC nanotellərinin hazırlanması üçün həll üsulu. Məhlul üsulu reaksiya temperaturunu azaldan SiC nanotellərinin hazırlanması üçün istifadə olunur. Metod spontan kimyəvi reduksiya və ya nisbətən mülayim temperaturda digər reaksiyalar vasitəsilə məhlul fazasının prekursorunun kristallaşdırılmasını əhatə edə bilər. Məhlul metodunun nümayəndələri olaraq, aşağı temperaturda SiC nanotellərinin alınması üçün solvotermal sintez və hidrotermal sintez adətən istifadə olunur.

İki ölçülü nanomateriallar solvotermal üsullar, impulslu lazerlər, karbon istilik azaldılması, mexaniki aşındırma və gücləndirilmiş mikrodalğalı plazma ilə hazırlana bilər.CVD. Ho və başqaları. Şəkil 4-də göstərildiyi kimi nanotel çiçək şəklində 3D SiC nanostrukturunu həyata keçirdi. SEM təsviri göstərir ki, çiçəyə bənzər strukturun diametri 1-2 μm və uzunluğu 3-5 μm.

Şəkil 4 Üçölçülü SiC nanotel çiçəyinin SEM şəkli

SiC nanomateriallarının performansı

SiC nanomaterialları əla performansa malik, yaxşı fiziki, kimyəvi, elektrik və digər xüsusiyyətlərə malik olan qabaqcıl keramika materialıdır.

✔ Fiziki xassələri

Yüksək sərtlik: Nano-silisium karbidin mikrosərtliyi korund və almaz arasındadır və onun mexaniki gücü korunddan daha yüksəkdir. Yüksək aşınma müqavimətinə və yaxşı özünü yağlama qabiliyyətinə malikdir.

Yüksək istilik keçiriciliyi: Nano-silikon karbid əla istilik keçiriciliyinə malikdir və əla istilik keçirici materialdır.

Aşağı istilik genişlənmə əmsalı: Bu, nano-silikon karbidin yüksək temperatur şəraitində sabit ölçü və formasını saxlamağa imkan verir.

Yüksək spesifik səth sahəsi: Nanomateryalların xüsusiyyətlərindən biri, onun səth fəaliyyətini və reaksiya performansını yaxşılaşdırmaq üçün əlverişlidir.

✔ Kimyəvi xassələri

Kimyəvi sabitlik: Nano-silisium karbid sabit kimyəvi xüsusiyyətlərə malikdir və müxtəlif mühitlərdə dəyişməz olaraq performansını saxlaya bilir.

Antioksidləşmə: Yüksək temperaturda oksidləşməyə qarşı dura bilir və əla yüksək temperatur müqaviməti nümayiş etdirir.

✔Elektrik xüsusiyyətləri

Yüksək bant boşluğu: Yüksək bant boşluğu onu yüksək tezlikli, yüksək güclü və aşağı enerjili elektron cihazların istehsalı üçün ideal material edir.

Yüksək elektron doyma hərəkətliliyi: Elektronların sürətli ötürülməsi üçün əlverişlidir.

✔Digər xüsusiyyətlər

Güclü radiasiya müqaviməti: Radiasiya mühitində sabit performansı qoruya bilər.

Yaxşı mexaniki xüsusiyyətlər: Yüksək elastiklik modulu kimi əla mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir.

SiC nanomateriallarının tətbiqi

Elektronika və yarımkeçirici cihazlar: Mükəmməl elektron xüsusiyyətlərinə və yüksək temperaturda dayanıqlığına görə nano-silisium karbid yüksək güclü elektron komponentlərdə, yüksək tezlikli cihazlarda, optoelektronik komponentlərdə və digər sahələrdə geniş istifadə olunur. Eyni zamanda, yarımkeçirici cihazların istehsalı üçün ideal materiallardan biridir.

Optik tətbiqlər: Nano-silikon karbid geniş diapazona və əla optik xüsusiyyətlərə malikdir və yüksək performanslı lazerlər, LEDlər, fotovoltaik cihazlar və s. istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər.

Mexanik hissələr: Yüksək sərtliyindən və aşınma müqavimətindən istifadə edərək, nano-silisium karbid mexaniki hissələrin istehsalında, məsələn, yüksək sürətli kəsici alətlər, rulmanlar, mexaniki möhürlər və s. kimi geniş tətbiq sahəsinə malikdir və bu, aşınmanı xeyli yaxşılaşdıra bilər. hissələrin müqaviməti və xidmət müddəti.

Nanokompozit materiallar: Materialın mexaniki xüsusiyyətlərini, istilik keçiriciliyini və korroziyaya davamlılığını yaxşılaşdırmaq üçün nano-silikon karbid digər materiallarla birləşdirilə bilər. Bu nanokompozit material aerokosmik, avtomobil sənayesi, enerji sahəsində və s. geniş istifadə olunur.

Yüksək temperaturlu struktur materialları: Nanosilisium karbidəla yüksək temperatur sabitliyinə və korroziyaya davamlılığa malikdir və həddindən artıq yüksək temperatur mühitlərində istifadə edilə bilər. Buna görə də, aerokosmik, neft-kimya, metallurgiya və digər sahələrdə, məsələn, istehsalatda yüksək temperaturlu struktur material kimi istifadə olunur.yüksək temperaturlu sobalar, soba boruları, soba astarları və s.

Digər tətbiqlər: Nanosilisium karbid həmçinin hidrogen saxlama, fotokataliz və zondlamada istifadə olunur və geniş tətbiq perspektivlərini göstərir.