Silicon carbide nanomaterials

Silicon carbide nanomaterials

ວັດສະດຸ nanomaterials Silicon carbide (SiC nanomaterials) ຫມາຍເຖິງວັດສະດຸທີ່ປະກອບດ້ວຍຊິລິຄອນຄາໄບ (SiC)ໂດຍມີຢ່າງໜ້ອຍໜຶ່ງມິຕິໃນຂະໜາດນາໂນແມັດ (ປົກກະຕິກຳນົດເປັນ 1-100nm) ໃນພື້ນທີ່ສາມມິຕິ. nanomaterials Silicon carbide ສາມາດແບ່ງອອກເປັນສູນມິຕິ, ຫນຶ່ງມິຕິລະດັບ, ສອງມິຕິລະດັບແລະສາມມິຕິໂຄງສ້າງຕາມໂຄງສ້າງຂອງເຂົາເຈົ້າ.

ໂຄງສ້າງນາໂນມິຕິລະດັບສູນແມ່ນໂຄງສ້າງທີ່ມີຂະໜາດທັງໝົດຢູ່ໃນຂະໜາດ nanometer, ສ່ວນໃຫຍ່ລວມທັງ nanocrystals ແຂງ, nanospheres ຮູ, nanocages ຮູ ແລະ nanospheres ແກນ-shell.

ໂຄງສ້າງ nano ມິຕິດຽວອ້າງອີງເຖິງໂຄງສ້າງທີ່ສອງມິຕິແມ່ນຈຳກັດຢູ່ໃນຂະໜາດ nanometer ໃນຊ່ອງສາມມິຕິ. ໂຄງສ້າງນີ້ມີຫຼາຍຮູບແບບ, ລວມທັງ nanowires (ສູນກາງແຂງ), nanotubes (ສູນກາງເປັນຮູ), nanobelts ຫຼື nanobelts (ສີ່ຫລ່ຽມມຸມສາກແຄບ) ແລະ nanoprisms (ຮູບສີ່ຫລ່ຽມຕັດຮູບ prism). ໂຄງສ້າງນີ້ໄດ້ກາຍເປັນຈຸດສຸມຂອງການຄົ້ນຄວ້າທີ່ເຂັ້ມງວດເນື່ອງຈາກຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງມັນຢູ່ໃນຟີຊິກ mesoscopic ແລະການຜະລິດອຸປະກອນ nanoscale. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ຜູ້ໃຫ້ບໍລິການໃນໂຄງສ້າງ nano-dimensional ສາມາດຂະຫຍາຍພັນໄດ້ໃນທິດທາງດຽວຂອງໂຄງສ້າງ (i.e., ທິດທາງຕາມລວງຍາວຂອງ nanowire ຫຼື nanotube), ແລະສາມາດນໍາໃຊ້ເປັນອຸປະກອນເຊື່ອມຕໍ່ກັນແລະອຸປະກອນທີ່ສໍາຄັນໃນ nanoelectronics.

ໂຄງສ້າງ nano ສອງມິຕິ, ເຊິ່ງມີພຽງແຕ່ຫນຶ່ງມິຕິໃນລະດັບ nano, ປົກກະຕິແລ້ວ perpendicular ກັບຍົນຊັ້ນຂອງເຂົາເຈົ້າ, ເຊັ່ນ nanosheets, nanosheets, nanosheets ແລະ nanospheres, ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈເປັນພິເສດບໍ່ດົນມານີ້, ບໍ່ພຽງແຕ່ສໍາລັບຄວາມເຂົ້າໃຈພື້ນຖານຂອງກົນໄກການຂະຫຍາຍຕົວຂອງເຂົາເຈົ້າ, ແຕ່ຍັງສໍາລັບການຂຸດຄົ້ນທ່າແຮງຂອງເຂົາເຈົ້າ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກໃນ emitters ແສງສະຫວ່າງ, sensors, ຈຸລັງແສງຕາເວັນ, ແລະອື່ນໆ.

ສາມມິຕິລະດັບ nanostructuresປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນເອີ້ນວ່າໂຄງສ້າງ nano ສະລັບສັບຊ້ອນ, ເຊິ່ງຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍການລວບລວມຂອງຫນຶ່ງຫຼືຫຼາຍຫນ່ວຍໂຄງສ້າງພື້ນຖານໃນສູນມິຕິມິຕິ, ມິຕິຫນຶ່ງ, ແລະສອງມິຕິລະດັບ (ເຊັ່ນ: nanowires ຫຼື nanorods ເຊື່ອມຕໍ່ໂດຍ junctions ໄປເຊຍກັນດຽວ), ແລະຂະຫນາດ geometric ໂດຍລວມຂອງເຂົາເຈົ້າ. ຢູ່ໃນຂະຫນາດ nanometer ຫຼື micrometer. ໂຄງສ້າງ nano ສະລັບສັບຊ້ອນດັ່ງກ່າວທີ່ມີພື້ນທີ່ສູງຕໍ່ຫນ່ວຍບໍລິມາດສະຫນອງຂໍ້ໄດ້ປຽບຫຼາຍ, ເຊັ່ນ: ເສັ້ນທາງ optical ຍາວສໍາລັບການດູດຊຶມແສງສະຫວ່າງປະສິດທິພາບ, ການໂອນຄ່າ interfacial ໄວ, ແລະຄວາມສາມາດ tunable ການຂົນສົ່ງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ຄວາມໄດ້ປຽບເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງ nano-dimensional ສາມມິຕິລະດັບເພື່ອກ້າວຫນ້າທາງດ້ານການອອກແບບໃນການແປງພະລັງງານໃນອະນາຄົດແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກການເກັບຮັກສາ. ຈາກໂຄງສ້າງ 0D ເຖິງ 3D, ແນວພັນທີ່ຫຼາກຫຼາຍຂອງ nanomaterials ໄດ້ຮັບການສຶກສາແລະຄ່ອຍໆນໍາສະເຫນີເຂົ້າໃນອຸດສາຫະກໍາແລະຊີວິດປະຈໍາວັນ.

ວິທີການສັງເຄາະຂອງ SiC nanomaterials

ວັດສະດຸສູນມິຕິລະດັບສາມາດໄດ້ຮັບການສັງເຄາະໂດຍວິທີການ melt ຮ້ອນ, ວິທີການ etching electrochemical, ວິທີການ pyrolysis laser, ແລະອື່ນໆ.SiC ແຂງnanocrystals ຕັ້ງແຕ່ສອງສາມ nanometers ເຖິງສິບ nanometers, ແຕ່ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນ pseudo-spherical, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 1.

ຮູບທີ 1 ຮູບພາບ TEM ຂອງ β-SiC nanocrystals ກະກຽມໂດຍວິທີການທີ່ແຕກຕ່າງກັນ

(a) ການສັງເຄາະທາດຄວາມຮ້ອນ[34]; (B) ວິທີການ etching electrochemical[35]; (c) ການປຸງແຕ່ງຄວາມຮ້ອນ[48]; (d) Laser pyrolysis[49]

Dasog et al. ສັງເຄາະ spherical β-SiC nanocrystals ທີ່ມີຂະຫນາດທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ແລະໂຄງສ້າງທີ່ຈະແຈ້ງໂດຍປະຕິກິລິຍາ decomposition double-state ແຂງລະຫວ່າງ SiO2, Mg ແລະ C powders[55], ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 2.

ຮູບ 2 ຮູບ FESEM ຂອງ nanocrystals SiC spherical ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ[55]

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

ວິທີການໄລຍະ vapor ສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວ nanowires SiC. ການສັງເຄາະໄລຍະອາຍແກັສແມ່ນວິທີການທີ່ແກ່ທີ່ສຸດສໍາລັບການປະກອບເປັນ nanowires SiC. ໃນຂະບວນການປົກກະຕິ, ສານ vapor ທີ່ໃຊ້ເປັນ reactants ເພື່ອສ້າງເປັນຜະລິດຕະພັນສຸດທ້າຍແມ່ນຜະລິດໂດຍການລະເຫີຍ, ການຫຼຸດຜ່ອນສານເຄມີແລະປະຕິກິລິຍາ gaseous (ຕ້ອງການອຸນຫະພູມສູງ). ເຖິງແມ່ນວ່າອຸນຫະພູມສູງຈະເພີ່ມການບໍລິໂພກພະລັງງານເພີ່ມເຕີມ, SiC nanowires ທີ່ປູກໂດຍວິທີນີ້ມັກຈະມີຄວາມສົມບູນຂອງໄປເຊຍກັນສູງ, nanowires / nanorods ທີ່ຈະແຈ້ງ, nanoprisms, nanoneedles, nanotubes, nanobelts, nanocables, ແລະອື່ນໆ, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບ 3.

ຮູບທີ 3 ລັກສະນະທາງສະພາວະປົກກະຕິຂອງໂຄງສ້າງນາໂນ SiC ມິຕິໜຶ່ງ 

(a) ອາເຣ Nanowire ກ່ຽວກັບເສັ້ນໄຍກາກບອນ; (b) nanowires Ultralong ໃນບານ Ni-Si; (c) Nanowires; (d) Nanoprisms; (e) ນາໂນໄຜ່; (f) Nanoneedles; (g) ນາໂນໂບນ; (h) Nanochains; (i) Nanotubes

ວິທີການແກ້ໄຂສໍາລັບການກະກຽມຂອງ nanowires SiC. ວິທີການແກ້ໄຂແມ່ນໃຊ້ໃນການກະກຽມ nanowires SiC, ເຊິ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນອຸນຫະພູມຕິກິຣິຍາ. ວິທີການດັ່ງກ່າວອາດຈະປະກອບມີການໄປເຊຍກັນເປັນຄາຣະວາຂອງໄລຍະການແກ້ໄຂໂດຍຜ່ານການຫຼຸດຜ່ອນສານເຄມີ spontaneous ຫຼືຕິກິລິຍາອື່ນໆຢູ່ໃນອຸນຫະພູມທີ່ຂ້ອນຂ້າງອ່ອນໆ. ໃນຖານະເປັນຜູ້ຕາງຫນ້າຂອງວິທີການແກ້ໄຂ, ການສັງເຄາະ solvothermal ແລະການສັງເຄາະ hydrothermal ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍທົ່ວໄປເພື່ອໃຫ້ໄດ້ nanowires SiC ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ.

ວັດສະດຸ nanomaterials ສອງມິຕິສາມາດໄດ້ຮັບການກະກຽມໂດຍວິທີການ solvothermal, lasers ກໍາມະຈອນເຕັ້ນ, ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຮ້ອນຂອງກາກບອນ, exfoliation ກົນຈັກ, ແລະ plasma microwave ປັບປຸງ.CVD. Ho et al. ຮັບຮູ້ໂຄງສ້າງ nanostructure 3D SiC ໃນຮູບຮ່າງຂອງດອກໄມ້ nanowire, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4. ຮູບພາບ SEM ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າໂຄງສ້າງຄ້າຍຄືດອກມີເສັ້ນຜ່າກາງ 1-2 μmແລະຄວາມຍາວຂອງ 3-5 μm.

ຮູບ 4 ຮູບ SEM ຂອງດອກ nanowire SiC ສາມມິຕິ

ປະສິດທິພາບຂອງວັດສະດຸ nanomaterials SiC

SiC nanomaterials ເປັນວັດສະດຸເຊລາມິກກ້າວຫນ້າທາງດ້ານທີ່ມີປະສິດຕິພາບທີ່ດີເລີດ, ເຊິ່ງມີຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບ, ເຄມີ, ໄຟຟ້າແລະອື່ນໆທີ່ດີ.

✔ ຄຸນສົມບັດທາງກາຍະພາບ

ຄວາມແຂງສູງ: ຄວາມແຂງຂອງ microhardness ຂອງ nano-silicon carbide ແມ່ນລະຫວ່າງ corundum ແລະເພັດ, ແລະຄວາມເຂັ້ມແຂງກົນຈັກຂອງມັນແມ່ນສູງກວ່າຂອງ corundum. ມັນມີຄວາມທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່ສູງແລະການລະບາຍນ້ໍາຕົນເອງໄດ້ດີ.

ການນໍາຄວາມຮ້ອນສູງ: Nano-silicon carbide ມີການນໍາຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດແລະເປັນອຸປະກອນການນໍາຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ.

ຕົວຄູນການຂະຫຍາຍຄວາມຮ້ອນຕ່ໍາ: ນີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ nano-silicon carbide ຮັກສາຂະຫນາດແລະຮູບຮ່າງທີ່ຫມັ້ນຄົງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂອຸນຫະພູມສູງ.

ພື້ນຜິວສະເພາະສູງ: ຫນຶ່ງໃນຄຸນລັກສະນະຂອງ nanomaterials, ມັນເອື້ອອໍານວຍໃນການປັບປຸງກິດຈະກໍາຫນ້າດິນຂອງຕົນແລະປະຕິກິລິຍາປະຕິກິລິຍາ.

✔ ຄຸນສົມບັດທາງເຄມີ

ຄວາມຫມັ້ນຄົງທາງເຄມີ: Nano-silicon carbide ມີຄຸນສົມບັດທາງເຄມີທີ່ຫມັ້ນຄົງແລະສາມາດຮັກສາປະສິດທິພາບຂອງມັນບໍ່ປ່ຽນແປງພາຍໃຕ້ສະພາບແວດລ້ອມຕ່າງໆ.

Antioxidation: ມັນສາມາດຕ້ານການຜຸພັງໃນອຸນຫະພູມສູງແລະສະແດງຄວາມທົນທານຕໍ່ອຸນຫະພູມສູງທີ່ດີເລີດ.

✔ຄຸນສົມບັດໄຟຟ້າ

High bandgap: ແຖບສູງເຮັດໃຫ້ມັນເປັນອຸປະກອນທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການເຮັດອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຄວາມຖີ່ສູງ, ພະລັງງານສູງ, ແລະຕ່ໍາພະລັງງານ.

ການເຄື່ອນໄຫວຄວາມອີ່ມຕົວຂອງອິເລັກຕອນສູງ: ມັນເອື້ອອໍານວຍຕໍ່ການສົ່ງໄຟຟ້າຢ່າງໄວວາຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ.

✔ລັກສະນະອື່ນໆ

ຄວາມຕ້ານທານລັງສີທີ່ເຂັ້ມແຂງ: ມັນສາມາດຮັກສາປະສິດທິພາບທີ່ຫມັ້ນຄົງໃນສະພາບແວດລ້ອມຮັງສີ.

ຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ດີ: ມັນມີຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ດີເລີດເຊັ່ນ: modulus elastic ສູງ.

ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ຂອງ nanomaterials SiC​

ອຸ​ປະ​ກອນ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ແລະ semiconductor​: ເນື່ອງຈາກຄຸນສົມບັດເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ດີເລີດແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງອຸນຫະພູມສູງ, nano-silicon carbide ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານສູງ, ອຸປະກອນຄວາມຖີ່ສູງ, ອົງປະກອບ optoelectronic ແລະຂົງເຂດອື່ນໆ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ມັນຍັງເປັນຫນຶ່ງໃນອຸປະກອນທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການຜະລິດອຸປະກອນ semiconductor.

ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ optical: Nano-silicon carbide ມີ bandgap ກ້ວາງແລະຄຸນສົມບັດ optical ທີ່ດີເລີດ, ແລະສາມາດໄດ້ຮັບການນໍາໃຊ້ເພື່ອຜະລິດ lasers ປະສິດທິພາບສູງ, LEDs, ອຸປະກອນ photovoltaic, ແລະອື່ນໆ.

ພາກສ່ວນກົນຈັກ: ໃຊ້ປະໂຍດຈາກຄວາມແຂງສູງແລະທົນທານຕໍ່ການສວມໃສ່, nano-silicon carbide ມີລະດັບຄວາມກ້ວາງຂອງການນໍາໃຊ້ໃນການຜະລິດຂອງພາກສ່ວນກົນຈັກ, ເຊັ່ນເຄື່ອງມືຕັດຄວາມໄວສູງ, bearings, ປະທັບຕາກົນຈັກ, ແລະອື່ນໆ, ຊຶ່ງສາມາດປັບປຸງການສວມໃສ່ໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຄວາມຕ້ານທານແລະຊີວິດການບໍລິການຂອງພາກສ່ວນ.

ວັດສະດຸ Nanocomposite: Nano-silicon carbide ສາມາດຖືກລວມເຂົ້າກັນກັບວັດສະດຸອື່ນໆເພື່ອສ້າງເປັນ nanocomposites ເພື່ອປັບປຸງຄຸນສົມບັດກົນຈັກ, ການນໍາຄວາມຮ້ອນແລະການຕໍ່ຕ້ານ corrosion ຂອງວັດສະດຸ. ວັດສະດຸ nanocomposite ນີ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອາວະກາດ, ອຸດສາຫະກໍາລົດຍົນ, ພາກສະຫນາມພະລັງງານ, ແລະອື່ນໆ.

ວັດສະດຸໂຄງສ້າງທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ: ນາໂນຊິລິຄອນຄາໄບມີຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງອຸນຫະພູມສູງທີ່ດີເລີດແລະການຕໍ່ຕ້ານ corrosion, ແລະສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໃນສະພາບແວດລ້ອມອຸນຫະພູມສູງທີ່ສຸດ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຖືກນໍາໃຊ້ເປັນວັດສະດຸໂຄງສ້າງທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງໃນອາວະກາດ, ປິໂຕເຄມີ, ໂລຫະແລະຂົງເຂດອື່ນໆ, ເຊັ່ນ: ການຜະລິດ.furnaces ອຸນ​ຫະ​ພູມ​ສູງ​, ທໍ່ furnace, furnace linings, ແລະອື່ນໆ.

ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອື່ນໆ: ນາໂນsilicon carbide ຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນການເກັບຮັກສາ hydrogen, photocatalysis ແລະ sensing, ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມສົດໃສດ້ານການນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ.