Silizio karburozko nanomaterialak

Silizio karburozko nanomaterialak

Silizio karburozko nanomaterialak (SiC nanomaterialak) hauek osatzen dituzten materialei erreferentzia egiten dietesilizio karburoa (SiC)nanometro eskalan (normalean 1-100 nm gisa definitua) dimentsio bat gutxienez hiru dimentsioko espazioan. Silizio karburozko nanomaterialak zero dimentsioko, dimentsio bakarreko, bi dimentsioko eta hiru dimentsioko egituretan sailka daitezke haien egituraren arabera.

Zero-dimentsioko nanoegiturakdimentsio guztiak nanometro eskalan dauden egiturak dira, batez ere nanokristal solidoak, nanoesfera hutsak, nanokaxa hutsak eta nukleo-shell nanosferak barne.

Dimentsio bakarreko nanoegiturakhiru dimentsioko espazioan bi dimentsio nanometriko eskalara mugatzen diren egiturak aipatzen dituzte. Egitura honek forma asko ditu, besteak beste, nanohariak (zentro solidoa), nanohodiak (zentro hutsa), nanogerriko edo nanogerrikoak (ebakidura angeluzuzen estua) eta nanoprismak (prisma formako zeharkako sekzioa). Egitura hau ikerketa intentsiboaren ardatz bihurtu da fisika mesoskopikoan eta nanoeskalako gailuen fabrikazioan dituen aplikazio bereziengatik. Esaterako, dimentsio bakarreko nanoegituretako eramaileak egituraren noranzko bakarrean soilik heda daitezke (hau da, nanohariaren edo nanohodiaren luzetarako norabidean), eta interkonexio eta gailu gako gisa erabil daitezke nanoelektronikan.

Bi dimentsioko nanoegiturak, nanoeskalan dimentsio bakarra dutenak, normalean beren geruza-planoarekiko perpendikularra, hala nola nanoorriak, nanoorriak, nanoorriak eta nanosferak, arreta berezia jaso dute azkenaldian, haien hazkuntza-mekanismoaren oinarrizko ulermenagatik ez ezik, haien potentziala aztertzeagatik. aplikazioak argi-igorleetan, sentsoreetan, eguzki-zeluletan, etab.

Hiru dimentsioko nanoegiturakNanoegitura konplexuak deitzen dira normalean, oinarrizko egitura-unitate baten edo gehiagoren bildumaz osatuta daudenak, zero-dimentsiokoak, dimentsio bakarrekoak eta bi dimentsiokoak (adibidez, kristal bakarreko junturak konektaturiko nanohariak edo nanoharriak), eta haien dimentsio geometriko orokorrak. nanometro edo mikrometro eskalan daude. Bolumen-unitateko azalera handia duten nanoegitura konplexu horiek abantaila ugari eskaintzen dituzte, hala nola, bide optiko luzeak argia xurgatzeko modu eraginkorrean, karga interfazialeko transferentzia azkarra eta karga garraiatzeko gaitasun sintonizagarriak. Abantaila hauei esker, hiru dimentsioko nanoegiturek diseinua aurrera egin dezakete etorkizuneko energia bihurtzeko eta biltegiratzeko aplikazioetan. 0Dtik 3Dra bitarteko egituretara, askotariko nanomaterialak aztertu dira eta pixkanaka industrian eta eguneroko bizitzan sartu dira.

SiC nanomaterialen sintesi-metodoak

Zero-dimentsioko materialak urtze beroko metodoaren bidez, grabaketa elektrokimikoaren metodoaren bidez, laser pirolisi metodoaren bidez, etab. lortzeko sintetiza daitezke.SiC solidoananometro batzuetatik hamarnaka nanometro bitarteko nanokristalak, baina normalean sasi-esferikoak dira, 1. irudian ikusten den bezala.

1. Irudia Metodo ezberdinekin prestatutako β-SiC nanokristalen TEM irudiak

(a) Sintesi solbotermikoa[34]; (B) Aguaforte elektrokimikoaren metodoa[35]; c) Prozesamendu termikoa[48]; (d) Laser pirolisia[49]

Dasog et al. tamaina kontrolagarria eta egitura argia duten β-SiC nanokristal esferikoak sintetizatu zituzten egoera solidoko deskonposizio bikoitzeko erreakzioz SiO2, Mg eta C hautsen artean[55], 2. Irudian ikusten den moduan.

2. Irudia Diametro ezberdineko SiC nanokristal esferikoen FESEM irudiak[55]

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

SiC nanoharileak hazteko lurrun-fasearen metodoa. Gas-fasearen sintesia SiC nanohariak osatzeko metodorik helduena da. Prozesu tipiko batean, azken produktua osatzeko erreaktibo gisa erabiltzen diren lurrun-substantziak lurrunketaren, murrizketa kimikoaren eta erreakzio gaseosoaren bidez sortzen dira (tenperatura altua behar duena). Tenperatura altuak energia-kontsumo gehigarria areagotzen badu ere, metodo honen bidez hazitako SiC nanohariek osotasun kristalino handia izan ohi dute, nanohari/nanorod argiak, nanoprismak, nanoagutzak, nanohodiak, nanogerrikoak, nanokableak, etab., 3. Irudian erakusten den moduan.

3. Irudia SiC nanoegituren dimentsio bakarreko morfologia tipikoak 

(a) Karbono-zuntzetan nanoharileen multzoak; (b) Nanoharri ultraluzeak Ni-Si boletan; (c) Nanoharriak; (d) Nanoprismak; (e) Nanobanbua; (f) Nanoneedles; (g) Nanohezurrak; (h) Nanokateak; (i) Nanohodiak

SiC nanohariak prestatzeko konponbide metodoa. Soluzio metodoa SiC nanoharileak prestatzeko erabiltzen da, erreakzio-tenperatura murrizten duena. Metodoak disoluzio-fasearen aitzindari bat kristalizatzea izan dezake berezko murrizketa kimiko baten bidez edo beste erreakzio batzuen bidez tenperatura nahiko leun batean. Disoluzio-metodoaren ordezkari gisa, sintesi solvotermikoa eta sintesi hidrotermala erabili izan dira normalean SiC nanoharileak tenperatura baxuetan lortzeko.

Bi dimentsioko nanomaterialak metodo solbotermikoen bidez, pultsatuko laserrak, karbonoaren murrizketa termikoa, esfoliazio mekanikoa eta mikrouhin-plasma hobetuta presta daitezke.CVD. Ho et al. 3D SiC nanoegitura bat gauzatu zuen nanohari-lore baten forman, 4. Irudian ikusten den bezala. SEM irudiak erakusten du lore-itxurako egiturak 1-2 μm-ko diametroa eta 3-5 μm-ko luzera duela.

4. Irudia SiC nanoharridun lore hiru dimentsioko SEM irudia

SiC nanomaterialen errendimendua

SiC nanomaterialak zeramikazko material aurreratu bat dira, errendimendu bikaina duena, propietate fisiko, kimiko, elektriko eta bestelako onak dituena.

✔ Propietate fisikoak

Gogortasun handia: nanosiliziozko karburoaren mikrogogortasuna korindonaren eta diamantearen artean dago, eta bere erresistentzia mekanikoa korindonarena baino handiagoa da. Higadura erresistentzia handia eta auto-lubrikazio ona ditu.

Eroankortasun termiko handia: Nano-siliziozko karburoak eroankortasun termiko bikaina du eta material eroale termiko bikaina da.

Hedapen termiko baxuko koefizientea: horri esker, nano-siliziozko karburoak tamaina eta forma egonkorrak mantentzen ditu tenperatura altuko baldintzetan.

Azalera espezifiko handia: nanomaterialen ezaugarrietako bat, bere gainazaleko jarduera eta erreakzio-errendimendua hobetzeko lagungarria da.

✔ Propietate kimikoak

Egonkortasun kimikoa: Nano-siliziozko karburoak propietate kimiko egonkorrak ditu eta bere errendimendua aldatu gabe mantendu dezake hainbat ingurunetan.

Antioxidazioa: tenperatura altuetan oxidazioari aurre egin diezaioke eta tenperatura altuko erresistentzia bikaina erakusten du.

✔Propietate elektrikoak

Bandgap altua: banda zabalera altuak material ezin hobea da maiztasun handiko, potentzia handiko eta energia baxuko gailu elektronikoak egiteko.

Elektroien saturazio handiko mugikortasuna: elektroien transmisio azkarrerako lagungarria da.

✔Beste ezaugarri batzuk

Erradiazio-erresistentzia handia: errendimendu egonkorra mantendu dezake erradiazio-ingurunean.

Propietate mekaniko onak: propietate mekaniko bikainak ditu, hala nola modulu elastiko handia.

SiC nanomaterialen aplikazioa

Gailu elektronikoak eta erdieroaleak: Bere propietate elektroniko bikainak eta tenperatura altuko egonkortasuna direla eta, nanosiliziozko karburoa oso erabilia da potentzia handiko osagai elektronikoetan, maiztasun handiko gailuetan, osagai optoelektronikoetan eta beste esparru batzuetan. Aldi berean, gailu erdieroaleak fabrikatzeko material aproposetako bat da.

Aplikazio optikoak: Nano-siliziozko karburoak banda zabala eta propietate optiko bikainak ditu, eta errendimendu handiko laserrak, LEDak, gailu fotovoltaikoak eta abar fabrikatzeko erabil daiteke.

Pieza mekanikoak: Bere gogortasun handia eta higadura erresistentzia aprobetxatuz, nanosiliziozko karburoak aplikazio ugari ditu pieza mekanikoen fabrikazioan, hala nola, abiadura handiko ebaketa-erremintak, errodamenduak, zigilu mekanikoak, etab., higadura asko hobetu dezaketenak. piezen erresistentzia eta zerbitzu-bizitza.

Material nanokonposatuak: Nano-siliziozko karburoa beste material batzuekin konbina daiteke nanokonposatuak osatzeko, materialaren propietate mekanikoak, eroankortasun termikoa eta korrosioarekiko erresistentzia hobetzeko. Material nanokonposite hau oso erabilia da aeroespazialean, automobilgintzan, energia arloan, etab.

Tenperatura handiko egiturazko materialak: Nanosilizio karburoaTenperatura handiko egonkortasuna eta korrosioarekiko erresistentzia bikaina ditu, eta muturreko tenperatura altuko inguruneetan erabil daiteke. Hori dela eta, tenperatura altuko egiturazko material gisa erabiltzen da aeroespazialean, petrokimikoan, metalurgian eta beste alor batzuetan, hala nola fabrikazioan.tenperatura altuko labeak, labeko hodiak, labeen estalkiak, etab.

Beste aplikazio batzuk: Nanosilizio karburoa hidrogenoa biltegiratzeko, fotokatalisian eta sentsorean ere erabiltzen da, aplikaziorako aukera zabalak erakutsiz.