Nanomaterial silikon karbida

Nanomaterial silikon karbida

Nanomaterial silikon karbida (nanomaterial sic) merujuk pada bahan yang terdiri darisilikon karbida (sic)dengan setidaknya satu dimensi dalam skala nanometer (biasanya didefinisikan sebagai 1-100nm) dalam ruang tiga dimensi. Nanomaterial silikon karbida dapat diklasifikasikan menjadi struktur nol-dimensi, satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi sesuai dengan strukturnya.

Struktur nano zero-dimensiadalah struktur yang semua dimensinya berada pada skala nanometer, terutama termasuk nanocrystals padat, nanospher berongga, nanokages berongga dan nanosfer core-shell.

Struktur nano satu dimensiLihat struktur di mana dua dimensi terbatas pada skala nanometer dalam ruang tiga dimensi. Struktur ini memiliki banyak bentuk, termasuk kawat nano (pusat padat), nanotube (pusat berongga), nanobelts atau nanobelts (penampang persegi panjang sempit) dan nanoprisme (penampang berbentuk prisma). Struktur ini telah menjadi fokus penelitian intensif karena penerapannya yang unik dalam fisika mesoscopic dan manufaktur perangkat nano. Misalnya, pembawa dalam struktur nano satu dimensi hanya dapat merambat dalam satu arah struktur (yaitu, arah longitudinal nanowire atau nanotube), dan dapat digunakan sebagai interkoneksi dan perangkat kunci dalam nanoelektronika.

Struktur nano dua dimensi, yang hanya memiliki satu dimensi di skala nano, biasanya tegak lurus terhadap bidang lapisan mereka, seperti nanosheets, nanosheets, nanosheets dan nanospheres, telah menerima perhatian khusus baru -baru ini, tidak hanya untuk pemahaman dasar dari mekanisme pertumbuhan mereka, tetapi juga untuk mengeksplorasi aplikasi potensial mereka dalam pemancaran ringan, sensor, sel solar, dll.

Struktur nano tiga dimensibiasanya disebut struktur nano kompleks, yang dibentuk oleh kumpulan satu atau lebih unit struktural dasar dalam nol-dimensi, satu dimensi, dan dua dimensi (seperti kawat nano atau nanorod yang dihubungkan oleh persimpangan kristal tunggal), dan dimensi geometrik keseluruhannya berada pada skala nanometer atau mikometer. Struktur nano yang kompleks dengan luas permukaan tinggi per unit volume memberikan banyak keuntungan, seperti jalur optik panjang untuk penyerapan cahaya yang efisien, transfer muatan antarmuka yang cepat, dan kemampuan transportasi muatan yang dapat disetel. Keuntungan ini memungkinkan struktur nano tiga dimensi untuk memajukan desain dalam konversi energi dan aplikasi penyimpanan di masa depan. Dari struktur 0D ke 3D, berbagai nanomaterial telah dipelajari dan secara bertahap diperkenalkan ke dalam industri dan kehidupan sehari -hari.

Metode sintesis nanomaterial SIC

Bahan nol-dimensi dapat disintesis dengan metode lebur panas, metode etsa elektrokimia, metode pirolisis laser, dll. Untuk mendapatkanSic solidNanocrystals mulai dari beberapa nanometer hingga puluhan nanometer, tetapi biasanya bersifat semu-bola, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 TEM Gambar nanocrystals β-SIC yang disiapkan dengan metode yang berbeda

(a) sintesis solvotermal [34]; (B) metode etsa elektrokimia [35]; (c) pemrosesan termal [48]; (D) Pirolisis laser [49]

Dasog et al. Sintesis nanocrystals β-SIC bola dengan ukuran yang dapat dikendalikan dan struktur bening dengan reaksi dekomposisi ganda keadaan solid antara SiO2, Mg dan C bubuk [55], seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 FESEM Gambar nanocrystals SIC bulat dengan diameter yang berbeda [55]

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

Metode fase uap untuk menumbuhkan kawat nano sic. Sintesis fase gas adalah metode yang paling matang untuk membentuk kawat nano SiC. Dalam proses khas, zat uap yang digunakan sebagai reaktan untuk membentuk produk akhir dihasilkan oleh penguapan, reduksi kimia dan reaksi gas (membutuhkan suhu tinggi). Meskipun suhu tinggi meningkatkan konsumsi energi tambahan, kawat nano SiC yang ditanam dengan metode ini biasanya memiliki integritas kristal yang tinggi, kawat nano/nanorod bening, nanoprisme, nanoneedles, nanotube, nanobelts, nanocables, dll., Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Morfologi khas dari struktur nano SIC satu dimensi 

(a) susunan kawat nano pada serat karbon; (B) kawat nano ultralong pada bola ni-si; (c) kawat nano; (d) nanoprisme; (E) nanobamboo; (f) nanoneedles; (g) nanobon; (H) nanochain; (i) Nanotube

Metode solusi untuk persiapan kawat nano SiC. Metode solusi digunakan untuk menyiapkan kawat nano SiC, yang mengurangi suhu reaksi. Metode ini mungkin termasuk mengkristal prekursor fase larutan melalui reduksi kimia spontan atau reaksi lain pada suhu yang relatif ringan. Sebagai perwakilan dari metode solusi, sintesis solvotermal dan sintesis hidrotermal telah umum digunakan untuk mendapatkan kawat nano SiC pada suhu rendah.

Nanomaterial dua dimensi dapat disiapkan dengan metode solvotermal, laser berdenyut, reduksi termal karbon, pengelupasan mekanik, dan plasma microwave ditingkatkanCVD. Ho et al. Menyadari struktur nano SIC 3D dalam bentuk bunga nanowire, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar SEM menunjukkan bahwa struktur seperti bunga memiliki diameter 1-2 μm dan panjang 3-5 μm.

Gambar 4 SEM Gambar dari bunga nanowire sic tiga dimensi

Kinerja nanomaterial SIC

Nanomaterial SIC adalah bahan keramik canggih dengan kinerja yang sangat baik, yang memiliki sifat fisik, kimia, listrik, dan lainnya yang baik.

✔ Sifat fisik

Kekerasan Tinggi: Mikrohardness nano-silikon karbida adalah antara corundum dan berlian, dan kekuatan mekaniknya lebih tinggi daripada corundum. Ini memiliki ketahanan aus yang tinggi dan pelumasan diri yang baik.

Konduktivitas termal tinggi: Nano-silikon karbida memiliki konduktivitas termal yang sangat baik dan merupakan bahan konduktif termal yang sangat baik.

Koefisien Ekspansi Termal Rendah: Ini memungkinkan nano-silikon karbida untuk mempertahankan ukuran dan bentuk yang stabil dalam kondisi suhu tinggi.

Area permukaan spesifik tinggi: Salah satu karakteristik nanomaterial, ini kondusif untuk meningkatkan aktivitas permukaan dan kinerja reaksi.

✔ Sifat kimia

Stabilitas Kimia: Nano-Silicon Carbide memiliki sifat kimia yang stabil dan dapat mempertahankan kinerjanya yang tidak berubah di bawah berbagai lingkungan.

Antioksidasi: Ini dapat menahan oksidasi pada suhu tinggi dan menunjukkan ketahanan suhu tinggi yang sangat baik.

✔Sifat listrik

Pita tinggi: Pita tinggi menjadikannya bahan yang ideal untuk membuat perangkat elektronik frekuensi tinggi, berdaya tinggi, dan berenergi rendah.

Mobilitas saturasi elektron tinggi: kondusif untuk transmisi elektron yang cepat.

✔Karakteristik lainnya

Resistensi radiasi yang kuat: dapat mempertahankan kinerja yang stabil di lingkungan radiasi.

Sifat mekanik yang baik: memiliki sifat mekanik yang sangat baik seperti modulus elastis tinggi.

Penerapan nanomaterial SIC

Perangkat elektronik dan semikonduktor: Karena sifat elektroniknya yang sangat baik dan stabilitas suhu tinggi, nano-silikon karbida banyak digunakan dalam komponen elektronik daya tinggi, perangkat frekuensi tinggi, komponen optoelektronik dan bidang lainnya. Pada saat yang sama, ini juga merupakan salah satu bahan yang ideal untuk pembuatan perangkat semikonduktor.

Aplikasi optik: Nano-Silicon carbide memiliki celah pita lebar dan sifat optik yang sangat baik, dan dapat digunakan untuk memproduksi laser berkinerja tinggi, LED, perangkat fotovoltaik, dll.

Bagian mekanis: Mengambil keuntungan dari ketahanan dan ketahanan aus yang tinggi, nano-silikon karbida memiliki berbagai aplikasi dalam pembuatan komponen mekanis, seperti alat pemotong berkecepatan tinggi, bantalan, segel mekanis, dll., Yang dapat sangat meningkatkan ketahanan aus dan masa pakai bagian-bagian.

Bahan nanokomposit: Nano-silikon karbida dapat dikombinasikan dengan bahan lain untuk membentuk nanokomposit untuk meningkatkan sifat mekanik, konduktivitas termal dan resistansi korosi material. Bahan nanokomposit ini banyak digunakan dalam kedirgantaraan, industri otomotif, medan energi, dll.

Bahan struktural suhu tinggi: Nanosilikon karbidamemiliki stabilitas suhu tinggi yang sangat baik dan ketahanan korosi, dan dapat digunakan di lingkungan suhu tinggi yang ekstrem. Oleh karena itu, digunakan sebagai bahan struktural suhu tinggi dalam kedirgantaraan, petrokimia, metalurgi dan bidang lainnya, seperti manufakturtungku suhu tinggi, tabung tungku, lapisan tungku, dll.

Aplikasi lain: Nanosilicon carbide juga digunakan dalam penyimpanan hidrogen, fotokatalisis dan penginderaan, menunjukkan prospek aplikasi yang luas.