Pilarbidi -nanomateriaalit

Pilarbidi -nanomateriaalit

Piharbidi -nanomateriaalit (sic nanomateriaalit) viittaavat materiaaleihin, jotka koostuvatPiharbidi (sic)ainakin yhdellä ulottuvuudella nanometrin asteikolla (yleensä määritelty 1-100 nm) kolmiulotteisessa tilassa. Piharbidnanomateriaalit voidaan luokitella nollaulotteisiin, yhden ulottuvuuksiin, kaksiulotteisiin ja kolmiulotteisiin rakenteisiin niiden rakenteen mukaan.

Nollaulotteiset nanorakenteetovat rakenteita, joiden kaikki mitat ovat nanometrin asteikolla, mukaan lukien pääasiassa kiinteät nanokiteet, ontot nanosfäärit, ontot nanokaat ja ydinkuoren nanosfäärit.

Yhden ulottuvuuden nanorakenteetKatso rakenteet, joissa kaksi ulottuvuutta rajoittuu nanometrin asteikkoon kolmiulotteisessa tilassa. Tällä rakenteella on monia muotoja, mukaan lukien nanojohdot (kiinteä keskus), nanoputket (ontot keskusta), nanobeltit tai nanobeltit (kapea suorakulmainen poikkileikkaus) ja nanoprismit (prisman muotoinen poikkileikkaus). Tästä rakenteesta on tullut intensiivisen tutkimuksen painopiste sen ainutlaatuisten sovellusten vuoksi mesoskooppisessa fysiikassa ja nanomittakaavan laitteiden valmistuksessa. Esimerkiksi yhden ulottuvuuden nanorakenteiden kantajat voivat levittää vain rakenteen yhteen suuntaan (ts. Nanowiren tai nanoputkien pitkittäissuuntaan), ja niitä voidaan käyttää toisiinsa liittyvinä ja avainlaitteina nanoelektroniikassa.

Kaksiulotteiset nanorakenteet, joilla on vain yksi ulottuvuus nanomittakaavassa, yleensä kohtisuorassa kerroksensa tasoon, kuten nanosetit, nanosetit, nanosetit ja nanosfäärit, ovat saaneet viime aikoina erityistä huomiota, ei vain kasvumekanismin perustiedot, vaan myös mahdollisten sovellustensa tutkimiseksi kevyissä emittereissä, antureissa, aurinkokennoissa jne. jne.

Kolmiulotteiset nanorakenteetniitä kutsutaan yleensä monimutkaisiksi nanorakenteiksi, jotka muodostetaan yhden tai useamman perusrakenteellisen yksikön kokoelmalla nollaulotteisissa, yksiulotteisissa ja kaksiulotteisissa (kuten nanojohto- tai nanorodit, jotka on kytketty yhden kideristeillä), ja niiden yleiset geometriset mitat ovat nanometri- tai mikrometriasteikolla. Tällaiset monimutkaiset nanorakenteet, joilla on korkea pinta -ala yksikkötilayksikköä kohti Nämä edut mahdollistavat kolmiulotteiset nanorakenteet edistää suunnittelua tulevissa energian muuntamis- ja varastointisovelluksissa. 0D: stä 3D -rakenteisiin on tutkittu laaja valikoima nanomateriaaleja ja vähitellen tuotu teollisuus- ja jokapäiväiseen elämään.

SIC -nanomateriaalien synteesimenetelmät

Nollaulotteiset materiaalit voidaan syntetisoida kuuman sulatusmenetelmällä, sähkökemiallisella etsausmenetelmällä, laserpyrolyysimenetelmällä jne.Sic -kiinteäNanokiteet vaihtelevat muutamasta nanometristä kymmeniin nanometreihin, mutta ovat yleensä pseudo-sfäärisiä, kuten kuvassa 1 esitetään.

Kuvio 1 TEM

(a) solvoterminen synteesi [34]; (B) sähkökemiallinen etsausmenetelmä [35]; (c) lämpökäsittely [48]; (D) Laserpyrolyysi [49]

Dasog et ai. Syntetisoidut pallomaiset β-SIC-nanokiteet, joilla on hallittavissa oleva koko ja kirkas rakenne kiinteän tilan kaksoishajoamisreaktiolla SiO2-, MG- ja C-jauheiden välillä [55], kuten kuviossa 2 esitetään.

Kuvio 2 Fesem -kuvat pallomaisista sic -nanokiteistä, joilla on erilaiset halkaisijat [55]

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

Höyryvaihemenetelmä sic -nanojohtojen kasvattamiseksi. Kaasufaasisynteesi on kypsin menetelmä sic -nanojohtojen muodostamiseksi. Tyypillisessä prosessissa reagensseina käytettävät höyryn aineet lopputuotteen muodostamiseksi syntyy haihtumisella, kemiallisella pelkistyksellä ja kaasumaisella reaktiolla (vaatii korkeaa lämpötilaa). Vaikka korkea lämpötila lisää energiankulutusta, tällä menetelmällä kasvatetuilla SIC -nanojohtoilla on yleensä korkea kidekehitys, kirkkaat nanojohdot/nanorodit, nanoprismit, nanoneeklit, nanoputket, nanobeltit, nanoosit jne., Kuten kuvassa 3.

Kuvio 3 Yksiulotteisten sic-nanorakenteiden tyypilliset morfologiat 

(a) hiilikuitujen nanojohdot; (b) ultraäänien nanojohdot ni-si-palloissa; c) nanojohdot; (d) nanoprismit; E) nanobambu; (f) nanoneeklit; (g) nanobonit; (H) nanokaiinit; (i) nanoputket

Liuosmenetelmä sic -nanojohtojen valmistukseen. Liuosmenetelmää käytetään SIC -nanojohtojen valmistukseen, mikä vähentää reaktiolämpötilaa. Menetelmä voi sisältää liuosfaasin esiasteen kiteyttämisen spontaanin kemiallisen pelkistyksen tai muiden reaktioiden avulla suhteellisen lievässä lämpötilassa. Liuosmenetelmän edustajina on yleisesti käytetty solvotermisen synteesin ja hydrotermisen synteesin ja hydrotermisen synteesin saamiseksi alhaisissa lämpötiloissa.

Kaksiulotteiset nanomateriaalit voidaan valmistaa solvotermisillä menetelmillä, pulssilasereilla, hiilen lämmön vähentämisellä, mekaanisella kuorinnalla ja mikroaaltoplasmallaCVD. Ho et ai. toteutti 3D-sic-nanorakenteen nanojohtokukan muodossa, kuten kuvassa 4 esitetään. SEM-kuva osoittaa, että kukkamainen rakenne on halkaisija 1-2 μm ja pituus 3-5 μm.

Kuva 4 SEM-kuva kolmiulotteisesta sic nanowire-kukasta

Sic -nanomateriaalien suorituskyky

SiC -nanomateriaalit ovat edistyksellinen keraaminen materiaali, jolla on erinomainen suorituskyky, jolla on hyvät fysikaaliset, kemialliset, sähköiset ja muut ominaisuudet.

✔ Fysikaaliset ominaisuudet

Korkea kovuus: Nano-ja-sicon-karbidin mikrohardisuus on korundin ja timantin välissä, ja sen mekaaninen lujuus on korkeampi kuin korundin. Sillä on korkea kulumiskestävyys ja hyvä itsevoitelu.

Korkea lämmönjohtavuus: Nano-ja-sicon-karbidilla on erinomainen lämmönjohtavuus ja se on erinomainen lämmönjohtavaa materiaalia.

Matala lämmön laajennuskerroin: Tämä antaa nano-ja-sicon-karbidille säilyttää vakaan koon ja muodon korkean lämpötilan olosuhteissa.

Korkea spesifinen pinta -ala: Yksi nanomateriaalien ominaisuuksista, se edistää sen pinta -aktiivisuuden ja reaktion suorituskyvyn parantamista.

✔ Kemialliset ominaisuudet

Kemiallinen stabiilisuus: Nano-sicon-karbidilla on stabiilit kemialliset ominaisuudet ja se voi pitää suorituskykynsä ennallaan eri ympäristöissä.

Antioksidointi: Se voi vastustaa hapettumista korkeissa lämpötiloissa ja osoittaa erinomaista korkean lämpötilankestävyyttä.

✔Sähköominaisuudet

Korkea kaistalevy: Korkea kaistalevy tekee siitä ihanteellisen materiaalin korkean taajuuden, suuritehoisen ja vähäenergisen elektronisten laitteiden valmistukseen.

Korkea elektronien kylläisyyden liikkuvuus: Se on edullinen elektronien nopeaan siirtymiseen.

✔Muut ominaisuudet

Vahva säteilyvastus: Se voi ylläpitää vakaata suorituskykyä säteilyympäristössä.

Hyvät mekaaniset ominaisuudet: Sillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten korkea elastinen moduuli.

Sic -nanomateriaalien käyttö

Elektroniikan ja puolijohdelaitteet: Erinomaisten elektronisten ominaisuuksiensa ja korkean lämpötilan stabiilisuutensa vuoksi nano-sicon-karbidia käytetään laajasti suuritehoisissa elektronisissa komponenteissa, korkeataajuisissa laitteissa, optoelektronisissa komponenteissa ja muissa kentissä. Samanaikaisesti se on myös yksi ihanteellisista materiaaleista puolijohdelaitteiden valmistukseen.

Optiset sovellukset: Nano-silicon-karbidilla on laaja kaistalevy ja erinomaiset optiset ominaisuudet, ja sitä voidaan käyttää korkean suorituskyvyn laserien, LEDien, aurinkovoiman laitteiden jne. Valmistamiseen

Mekaaniset osat: Hyödyntämällä korkeaa kovuutta ja kulutuskestävyyttään, nano-ja-sicon-karbidilla on laaja valikoima sovelluksia mekaanisten osien, kuten nopeiden leikkaustyökalujen, laakereiden, mekaanisten tiivisteiden jne. Valmistuksessa, jotka voivat parantaa huomattavasti osien kulumiskestävyyttä ja käyttöikä.

Nanokomposiittimateriaalit: Nano-silicon-karbidi voidaan yhdistää muihin materiaaleihin nanokomposiittien muodostamiseksi materiaalin mekaanisten ominaisuuksien, lämmönjohtavuuden ja korroosionkestävyyden parantamiseksi. Tätä nanokomposiittimateriaalia käytetään laajasti ilmailu-, autoteollisuudessa, energiakentässä jne.

Korkean lämpötilan rakenteelliset materiaalit: NanopiikarbidiSillä on erinomainen korkea lämpötilan stabiilisuus ja korroosionkestävyys, ja sitä voidaan käyttää äärimmäisissä korkean lämpötilan ympäristöissä. Siksi sitä käytetään korkean lämpötilan rakenteellisena materiaalina ilmailu-, petrokemian, metallurgian ja muiden kenttien, kuten valmistuksen kanssakorkean lämpötilan uunit, uuniputket, uunin vuoraukset jne.

Muut sovellukset: Nano-piiharbidia käytetään myös vedyn varastoinnissa, fotokatalyysissä ja tunnistuksissa, joissa on laajat käyttömahdollisuudet.