Kiselkarbidanomaterial

Kiselkarbidanomaterial

Kiselkarbid -nanomaterial (Sic -nanomaterial) hänvisar till material som består avkiselkarbid (sic)med minst en dimension i nanometerskalan (vanligtvis definierad som 1-100Nm) i tredimensionellt utrymme. Kiselkarbid-nanomaterial kan klassificeras i nolldimensionella, endimensionella, tvådimensionella och tredimensionella strukturer enligt deras struktur.

Nolldimensionella nanostrukturerär strukturer vars alla dimensioner är på nanometerskalan, främst inklusive fasta nanokristaller, ihåliga nanosfärer, ihåliga nanocages och kärnskal nanosfärer.

Endimensionella nanostrukturerSe strukturer där två dimensioner är begränsade till nanometerskalan i tredimensionellt utrymme. Denna struktur har många former, inklusive nanotrådar (fast centrum), nanorör (ihålig centrum), nanobelts eller nanobelts (smala rektangulära tvärsnitt) och nanopism (prisma-format tvärsnitt). Denna struktur har blivit fokus för intensiv forskning på grund av dess unika tillämpningar inom mesoskopisk fysik och tillverkning av nanoskala enheter. Till exempel kan bärare i en-dimensionella nanostrukturer endast förökas i en riktning av strukturen (dvs den longitudinella riktningen för nanowire eller nanorör) och kan användas som sammankopplingar och nyckelanordningar i nanoelektronik.

Tvådimensionella nanostrukturer, som bara har en dimension vid nanoskala, vanligtvis vinkelrätt mot deras skiktplan, såsom nanoskivor, nanoskivor, nanoskivor och nanosfärer, har fått särskild uppmärksamhet nyligen, inte bara för den grundläggande förståelsen av deras tillväxtmekanism, utan också för att utforska deras potentiella tillämpningar i ljusutsläpp, sensorer, solceller, etc.

Tredimensionella nanostrukturerkallas vanligtvis komplexa nanostrukturer, som bildas av en samling av en eller flera grundläggande strukturella enheter i nolldimensionella, en-dimensionella och tvådimensionella (såsom nanotrådar eller nanoroder anslutna med enstaka kristallkorsningar), och deras totala geometriska dimensioner är på nanometer eller mikrometer. Sådana komplexa nanostrukturer med hög ytarea per enhetsvolym ger många fördelar, såsom långa optiska vägar för effektiv ljusabsorption, snabb gränssnittsladdningsöverföring och inställbar laddningstransportfunktioner. Dessa fördelar gör det möjligt för tredimensionella nanostrukturer att främja design i framtida energikonvertering och lagringsapplikationer. Från 0D till 3D -strukturer har ett brett utbud av nanomaterial studerats och gradvis introducerats i industrin och det dagliga livet.

Syntesmetoder för SIC -nanomaterial

Noll-dimensionella material kan syntetiseras med het smältmetod, elektrokemisk etsningsmetod, laserpyrolysmetod etc. för att erhållaSic solidNanokristaller som sträcker sig från några nanometer till tiotals nanometrar, men är vanligtvis pseudo-sfäriska, såsom visas i figur 1.

Figur 1 TEM-bilder av ß-SIC nanokristaller framställda med olika metoder

(a) Solvotermisk syntes [34]; (B) elektrokemisk etsningsmetod [35]; (c) termisk bearbetning [48]; (d) Laserpyrolys [49]

Dasog et al. Syntetiserade sfäriska ß-SiC-nanokristaller med kontrollerbar storlek och tydlig struktur genom dubbelstatens dubbelnedbrytningsreaktion mellan SiO2, Mg och C-pulver [55], såsom visas i figur 2.

Figur 2 FESEM -bilder av sfäriska Sic -nanokristaller med olika diametrar [55]

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

Ångfasmetod för växande SIC -nanotrådar. Gasfassyntes är den mest mogna metoden för att bilda SIC -nanotrådar. I en typisk process genereras ångämnen som används som reaktanter för att bilda slutprodukten genom indunstning, kemisk reduktion och gasformig reaktion (som kräver hög temperatur). Även om hög temperatur ökar ytterligare energiförbrukning, har SIC -nanotrådarna som odlas med denna metod vanligtvis hög kristallintegritet, tydliga nanotrådar/nanoroder, nanoprism, nanonedles, nanorör, nanobelts, nanokerbar, etc., såsom visas i figur 3.

Figur 3 Typiska morfologier av endimensionella SIC-nanostrukturer 

(a) Nanowire -matriser på kolfibrer; (b) ultralong nanotrådar på Ni-Si-bollar; (c) nanotrådar; (d) nanopisms; (E) nanobambu; (f) nanonedles; (g) nanoboner; (H) nanochains; (i) nanorör

Lösningsmetod för framställning av SIC -nanotrådar. Lösningsmetoden används för att framställa SiC -nanotrådar, vilket minskar reaktionstemperaturen. Metoden kan inkludera kristallisering av en lösningsfasprekursor genom spontan kemisk reduktion eller andra reaktioner vid en relativt mild temperatur. Som representanter för lösningsmetoden har solvotermisk syntes och hydrotermisk syntes vanligtvis använts för att erhålla SIC -nanotrådar vid låga temperaturer.

Två-dimensionella nanomaterial kan framställas med solvotermiska metoder, pulserade lasrar, termisk reduktion av kol, mekanisk exfoliering och mikrovågsplasmaförstärkningCvd. Ho et al. realiserade en 3D-SIC-nanostruktur i form av en nanowire-blomma, såsom visas i figur 4. SEM-bilden visar att den blommliknande strukturen har en diameter på 1-2 μm och en längd på 3-5 μm.

Figur 4 SEM-bild av en tredimensionell Sic Nanowire-blomma

SIC -nanomaterial

Sic -nanomaterial är ett avancerat keramiskt material med utmärkt prestanda, som har goda fysiska, kemiska, elektriska och andra egenskaper.

✔ Fysikaliska egenskaper

Hög hårdhet: Mikrohårdheten hos nano-Silicon-karbid är mellan korund och diamant, och dess mekaniska styrka är högre än för Corundum. Den har hög slitstyrka och god självsmörjning.

Hög värmeledningsförmåga: Nano-Silicon-karbid har utmärkt värmeledningsförmåga och är ett utmärkt värmeledande material.

Låg värmeutvidgningskoefficient: Detta gör att nano-kiselkarbid kan upprätthålla en stabil storlek och form under höga temperaturförhållanden.

Hög specifik ytarea: En av egenskaperna hos nanomaterial, det är gynnsamt att förbättra dess ytaktivitet och reaktionsprestanda.

✔ Kemiska egenskaper

Kemisk stabilitet: Nano-Silicon-karbid har stabila kemiska egenskaper och kan bibehålla sin prestanda oförändrad under olika miljöer.

Antioxidation: Det kan motstå oxidation vid höga temperaturer och uppvisar utmärkt hög temperaturmotstånd.

✔Elektriska egenskaper

Hög bandgap: Högbandgap gör det till ett idealiskt material för att göra högfrekvens, högeffekt och lågenergi elektroniska enheter.

Hög elektronmättnadsrörlighet: Det bidrar till snabb överföring av elektroner.

✔Andra egenskaper

Stark strålningsmotstånd: Det kan upprätthålla stabil prestanda i en strålningsmiljö.

Bra mekaniska egenskaper: Den har utmärkta mekaniska egenskaper såsom hög elastisk modul.

Applicering av SIC -nanomaterial

Elektronik- och halvledarenheter: På grund av dess utmärkta elektroniska egenskaper och hög temperaturstabilitet används nano-kiselkarbid i stor utsträckning i högeffektiska elektroniska komponenter, högfrekventa enheter, optoelektroniska komponenter och andra fält. Samtidigt är det också ett av de ideala materialen för tillverkning av halvledarenheter.

Optiska applikationer: Nano-Silicon Carbide har ett brett bandgap och utmärkta optiska egenskaper och kan användas för att tillverka högpresterande lasrar, lysdioder, fotovoltaiska enheter etc.

Mekaniska delar: Nano-Silicon Carbide har ett brett utbud av mekaniska delar, såsom höghastighetsverktyg, lager, mekaniska tätningar, etc., som kan förbättra mekaniska delar, såsom höghastighetsverktyg, lager, lagringar, mekaniska tätningar, som har ett brett spektrum av applikationer i tillverkningen av mekaniska delar, såsom höghastighetsskärverktyg, lager, mekaniska tätningar, etc., vilket kan förbättra delarnas slitstyrka och livslängd.

Nanokompositmaterial: Nano-Silicon-karbid kan kombineras med andra material för att bilda nanokompositer för att förbättra de mekaniska egenskaperna, värmeledningsförmågan och korrosionsbeständigheten hos materialet. Detta nanokompositmaterial används ofta inom flyg-, fordonsindustrin, energifältet etc.

Strukturella material med hög temperatur: Nanokiselkarbidhar utmärkt stabilitet och korrosionsmotstånd med hög temperatur och kan användas i extrema miljöer med hög temperatur. Därför används det som ett konstruktionsmaterial med hög temperatur inom flyg-, petrokemisk, metallurgi och andra fält, såsom tillverkningHögtemperaturugnar, ugnsrör, ugnsbelägg, etc.

Andra applikationer: Nano-kiselkarbid används också vid väte -lagring, fotokatalys och avkänning, vilket visar breda tillämpningsmöjligheter.