सिलिकन कार्बाइड nanomaterials

सिलिकन कार्बाइड nanomaterials

सिलिकन कार्बाइड nanomaterials (SiC nanomaterials) ले बनेको सामग्रीलाई बुझाउँछ।सिलिकन कार्बाइड (SiC)न्यानोमिटर स्केलमा कम्तिमा एक आयामको साथ (सामान्यतया 1-100nm को रूपमा परिभाषित) त्रि-आयामी ठाउँमा। सिलिकन कार्बाइड nanomaterials तिनीहरूको संरचना अनुसार शून्य-आयामी, एक-आयामी, दुई-आयामी र तीन-आयामी संरचनाहरूमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ।

शून्य-आयामी nanostructuresसंरचनाहरू हुन् जसका सबै आयामहरू नैनोमिटर स्केलमा छन्, मुख्यतया ठोस न्यानोक्रिस्टलहरू, खाली नानोस्फियरहरू, खाली नानोकेजहरू र कोर-शेल नानोस्फियरहरू।

एक-आयामी नैनो संरचनाहरूसंरचनाहरूलाई सन्दर्भ गर्नुहोस् जसमा दुई आयामहरू तीन-आयामी ठाउँमा नानोमिटर स्केलमा सीमित छन्। यस संरचनामा नानोवायर (ठोस केन्द्र), नानोट्यूब (खोलो केन्द्र), नानोबेल्ट वा नानोबेल्ट (साँघुरो आयताकार क्रस-सेक्शन) र नानोप्रिज्म (प्रिज्म-आकारको क्रस-सेक्शन) सहित धेरै रूपहरू छन्। मेसोस्कोपिक भौतिकी र नानोस्केल उपकरण निर्माणमा यसको अद्वितीय अनुप्रयोगहरूको कारण यो संरचना गहन अनुसन्धानको केन्द्रबिन्दु भएको छ। उदाहरणका लागि, एक-आयामी नानोस्ट्रक्चरहरूमा वाहकहरूले संरचनाको एक दिशामा मात्र प्रचार गर्न सक्छन् (अर्थात, नानोवायर वा नानोट्यूबको अनुदैर्ध्य दिशा), र नानोइलेक्ट्रोनिक्समा इन्टरकनेक्टहरू र मुख्य यन्त्रहरूको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।

दुई-आयामी नैनो संरचनाहरू, जसको नानोस्केलमा एउटा मात्र आयाम हुन्छ, सामान्यतया तिनीहरूको लेयर प्लेनमा लम्बवत हुन्छ, जस्तै नानोसिटहरू, नानोसिटहरू, नानोसिटहरू र नानोस्फियरहरू, भर्खरै तिनीहरूको वृद्धि संयन्त्रको आधारभूत बुझाइको लागि मात्र होइन, तर तिनीहरूको सम्भाव्यता अन्वेषणको लागि पनि विशेष ध्यान दिइएको छ। प्रकाश उत्सर्जकहरू, सेन्सरहरू, सौर कक्षहरू, आदिमा अनुप्रयोगहरू।

त्रि-आयामी नैनो संरचनाहरूसामान्यतया जटिल न्यानोस्ट्रक्चरहरू भनिन्छ, जुन शून्य-आयामी, एक-आयामी, र दुई-आयामी (जस्तै एकल क्रिस्टल जंक्शनहरूद्वारा जोडिएको न्यानोवायरहरू वा न्यानोरोडहरू) मा एक वा बढी आधारभूत संरचनात्मक एकाइहरूको सङ्कलनबाट बनाइन्छ, र तिनीहरूको समग्र ज्यामितीय आयामहरू। नानोमिटर वा माइक्रोमिटर स्केलमा छन्। प्रति एकाइ भोल्युम उच्च सतह क्षेत्र संग त्यस्ता जटिल न्यानोस्ट्रक्चरहरूले धेरै फाइदाहरू प्रदान गर्दछ, जस्तै कुशल प्रकाश अवशोषणको लागि लामो अप्टिकल मार्गहरू, द्रुत इन्टरफेसियल चार्ज ट्रान्सफर, र ट्युनेबल चार्ज यातायात क्षमताहरू। यी फाइदाहरूले भविष्यको ऊर्जा रूपान्तरण र भण्डारण अनुप्रयोगहरूमा डिजाइन अग्रिम गर्न तीन-आयामी नानोस्ट्रक्चर सक्षम गर्दछ। 0D देखि 3D संरचनाहरू, न्यानोमटेरियलहरूको एक विस्तृत विविधता अध्ययन गरिएको छ र बिस्तारै उद्योग र दैनिक जीवनमा पेश गरिएको छ।

SiC nanomaterials को संश्लेषण विधि

शून्य-आयामी सामग्रीहरू तातो पग्लने विधि, इलेक्ट्रोकेमिकल नक्काशी विधि, लेजर पाइरोलिसिस विधि, आदि द्वारा संश्लेषित गर्न सकिन्छ।SiC ठोसकेही न्यानोमिटरदेखि दसौं न्यानोमिटरसम्मका नानोक्रिस्टलहरू, तर चित्र 1 मा देखाइएअनुसार सामान्यतया स्यूडो-गोलाकार हुन्छन्।

चित्र 1 विभिन्न विधिहरू द्वारा तयार β-SiC nanocrystals को TEM छविहरू

(a) Solvothermal संश्लेषण [34]; (बी) इलेक्ट्रोकेमिकल नक्काशी विधि [35]; (c) थर्मल प्रशोधन [48]; (d) लेजर pyrolysis [49]

Dasog et al। संश्लेषित गोलाकार β-SiC nanocrystals नियन्त्रण योग्य आकार र स्पष्ट संरचना द्वारा SiO2, Mg र C पाउडरहरू बीचको ठोस-राज्य डबल अपघटन प्रतिक्रिया द्वारा [55], चित्र 2 मा देखाइएको छ।

चित्र 2 विभिन्न व्यास संग गोलाकार SiC nanocrystals के FESEM छविहरू [55]

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

बढ्दो SiC nanowires को लागि भाप चरण विधि। ग्यास चरण संश्लेषण SiC nanowires गठन को लागी सबैभन्दा परिपक्व विधि हो। एक विशिष्ट प्रक्रियामा, अन्तिम उत्पादन बनाउनको लागि अभिक्रियाकर्ताको रूपमा प्रयोग हुने वाष्प पदार्थहरू वाष्पीकरण, रासायनिक कमी र ग्यास प्रतिक्रिया (उच्च तापक्रम आवश्यक) द्वारा उत्पन्न हुन्छन्। यद्यपि उच्च तापक्रमले अतिरिक्त ऊर्जा खपत बढाउँछ, यस विधिद्वारा बढाइएका SiC न्यानोवायरहरूमा सामान्यतया उच्च क्रिस्टल अखण्डता, स्पष्ट न्यानोवायर/नैनोरोड्स, न्यानोप्रिज्म, नानोनिडल्स, न्यानोट्यूब, नानोबेल्ट, नानोकेबल, इत्यादि हुन्छन्, चित्र 3 मा देखाइए अनुसार।

चित्र 3 एक-आयामी SiC न्यानोस्ट्रक्चरहरूको विशिष्ट मोर्फोलॉजीहरू 

(a) कार्बन फाइबरमा Nanowire arrays; (b) Ni-Si बलहरूमा अल्ट्रालाङ नानोवायरहरू; (c) Nanowires; (d) नैनोप्रिज्म; (ङ) नानोबाम्बू; (f) Nanoneedles; (g) नानोबोन्स; (h) Nanochains; (i) नानोट्यूब

SiC nanowires को तयारी को लागी समाधान विधि। समाधान विधि SiC nanowires तयार गर्न प्रयोग गरिन्छ, जसले प्रतिक्रिया तापमान कम गर्दछ। यस विधिले एक अपेक्षाकृत हल्का तापमानमा सहज रासायनिक कमी वा अन्य प्रतिक्रियाहरू मार्फत समाधान चरण पूर्ववर्ती क्रिस्टलाइज समावेश गर्न सक्छ। समाधान विधि को प्रतिनिधि को रूप मा, solvothermal संश्लेषण र हाइड्रोथर्मल संश्लेषण सामान्यतया कम तापमान मा SiC nanowires प्राप्त गर्न को लागी प्रयोग गरिएको छ।

दुई-आयामी न्यानोमटेरियलहरू सोल्भोथर्मल विधिहरू, पल्स्ड लेजरहरू, कार्बन थर्मल रिडक्सन, मेकानिकल एक्सफोलिएशन, र माइक्रोवेभ प्लाज्मा बढाएर तयार गर्न सकिन्छ।CVD। Ho et al। चित्र ४ मा देखाइए अनुसार नैनोवायर फूलको आकारमा 3D SiC न्यानोस्ट्रक्चर महसुस गर्‍यो। SEM छविले फूल जस्तो संरचनाको व्यास १-२ μm र लम्बाइ ३-५ μm भएको देखाउँछ।

चित्र 4 त्रि-आयामी SiC nanowire फूलको SEM छवि

SiC nanomaterials को प्रदर्शन

SiC nanomaterials उत्कृष्ट प्रदर्शनको साथ एक उन्नत सिरेमिक सामग्री हो, जसमा राम्रो भौतिक, रासायनिक, विद्युतीय र अन्य गुणहरू छन्।

✔ भौतिक गुणहरू

उच्च कठोरता: नानो-सिलिकन कार्बाइडको माइक्रोहार्डनेस कोरन्डम र हीराको बीचमा हुन्छ, र यसको मेकानिकल बल कोरन्डमको भन्दा बढी हुन्छ। यसमा उच्च पहिरन प्रतिरोध र राम्रो स्व-लुब्रिकेशन छ।

उच्च थर्मल चालकता: नैनो-सिलिकन कार्बाइड उत्कृष्ट थर्मल चालकता छ र एक उत्कृष्ट थर्मल प्रवाहकीय सामग्री हो।

कम थर्मल विस्तार गुणांक: यसले नानो-सिलिकन कार्बाइडलाई उच्च तापमान अवस्थाहरूमा स्थिर आकार र आकार कायम राख्न अनुमति दिन्छ।

उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र: nanomaterials को विशेषताहरु मध्ये एक, यो यसको सतह गतिविधि र प्रतिक्रिया प्रदर्शन सुधार गर्न अनुकूल छ।

✔ रासायनिक गुण

रासायनिक स्थिरता: नानो-सिलिकन कार्बाइड स्थिर रासायनिक गुणहरू छन् र विभिन्न वातावरण अन्तर्गत यसको प्रदर्शन अपरिवर्तित कायम राख्न सक्छ।

एन्टिअक्सिडेशन: यसले उच्च तापमानमा अक्सिडेशनको प्रतिरोध गर्न सक्छ र उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध प्रदर्शन गर्दछ।

✔विद्युतीय गुणहरू

उच्च ब्यान्डग्याप: उच्च ब्यान्डग्यापले यसलाई उच्च-फ्रिक्वेन्सी, उच्च-शक्ति, र कम-ऊर्जा इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू बनाउनको लागि एक आदर्श सामग्री बनाउँछ।

उच्च इलेक्ट्रोन संतृप्ति गतिशीलता: यो इलेक्ट्रोन को द्रुत प्रसारण को लागी अनुकूल छ।

✔अन्य विशेषताहरू

बलियो विकिरण प्रतिरोध: यसले विकिरण वातावरणमा स्थिर प्रदर्शन कायम राख्न सक्छ।

राम्रो मेकानिकल गुणहरू: यसमा उत्कृष्ट मेकानिकल गुणहरू छन् जस्तै उच्च लोचदार मोड्युलस।

SiC nanomaterials को आवेदन

इलेक्ट्रोनिक्स र अर्धचालक उपकरणहरू: यसको उत्कृष्ट इलेक्ट्रोनिक गुणहरू र उच्च-तापमान स्थिरताको कारण, नानो-सिलिकन कार्बाइड उच्च-शक्ति इलेक्ट्रोनिक कम्पोनेन्टहरू, उच्च-फ्रिक्वेन्सी उपकरणहरू, अप्टोइलेक्ट्रोनिक कम्पोनेन्टहरू र अन्य क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। एकै समयमा, यो अर्धचालक यन्त्रहरू निर्माणको लागि आदर्श सामग्रीहरू मध्ये एक हो।

अप्टिकल अनुप्रयोगहरू: नानो-सिलिकन कार्बाइडमा फराकिलो ब्यान्डग्याप र उत्कृष्ट अप्टिकल गुणहरू छन्, र उच्च प्रदर्शन लेजरहरू, LEDs, फोटोभोल्टिक उपकरणहरू, आदि निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

मेकानिकल भागहरू: यसको उच्च कठोरता र पहिरन प्रतिरोधको फाइदा उठाउँदै, नानो-सिलिकन कार्बाइडले मेकानिकल पार्टपुर्जाहरू, जस्तै उच्च-गति काट्ने उपकरणहरू, बियरिङहरू, मेकानिकल सिलहरू, इत्यादिको निर्माणमा धेरै प्रकारका अनुप्रयोगहरू छन्, जसले पहिरनलाई धेरै सुधार गर्न सक्छ। प्रतिरोध र भागहरूको सेवा जीवन।

Nanocomposite सामाग्री: न्यानो-सिलिकन कार्बाइडलाई अन्य सामग्रीसँग मिलाएर न्यानोकम्पोजिटहरू बनाउन सकिन्छ जसलाई मेकानिकल गुणहरू, थर्मल चालकता र सामग्रीको जंग प्रतिरोध सुधार गर्न सकिन्छ। यो nanocomposite सामग्री व्यापक रूपमा एयरोस्पेस, मोटर वाहन उद्योग, ऊर्जा क्षेत्र, आदि मा प्रयोग गरिन्छ।

उच्च तापमान संरचनात्मक सामग्री: नानोसिलिकन कार्बाइडउत्कृष्ट उच्च तापमान स्थिरता र जंग प्रतिरोध छ, र चरम उच्च तापमान वातावरणमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। तसर्थ, यो एयरोस्पेस, पेट्रोकेमिकल, धातु विज्ञान र निर्माण जस्ता अन्य क्षेत्रहरूमा उच्च तापमान संरचनात्मक सामग्रीको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।उच्च तापमान भट्टीहरू, फर्नेस ट्यूबहरू, भट्टी अस्तर, आदि।

अन्य अनुप्रयोगहरू: नानो सिलिकन कार्बाइड पनि हाइड्रोजन भण्डारण, फोटोकाटालिसिस र सेन्सिङमा प्रयोग गरिन्छ, व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाहरू देखाउँदै।