Siliziumkarbid -Nanomaterialien

Siliziumkarbid -Nanomaterialien

Siliziumkarbid -Nanomaterialien (sic nanomaterialien) beziehenSiliziumkarbid (sic)mit mindestens einer Dimension in der Nanometerskala (normalerweise definiert als 1-100 nm) im dreidimensionalen Raum. Siliziumcarbid-Nanomaterialien können gemäß ihrer Struktur in nulldimensionale, eindimensionale, zweidimensionale und dreidimensionale Strukturen eingeteilt werden.

Nulldimensionale Nanostrukturensind Strukturen, deren alle Abmessungen auf der Nanometer-Skala liegen und hauptsächlich feste Nanokristalle, hohle Nanokugchen, hohle Nanokätern und Kernschalen-Nanosphären enthalten.

Eindimensionale NanostrukturenSiehe Strukturen, in denen zwei Dimensionen auf die Nanometerskala im dreidimensionalen Raum beschränkt sind. Diese Struktur hat viele Formen, einschließlich Nanodrähte (festes Zentrum), Nanoröhren (hohles Zentrum), Nanobeltemen oder Nanobelt (schmaler rechteckiger Querschnitt) und Nanoprismen (prismischer Querschnitt). Diese Struktur ist aufgrund ihrer einzigartigen Anwendungen in der Herstellung von mesoskopischer Physik und nanoskaliger Geräte im Mittelpunkt ihrer einzigartigen Anwendungen geworden. Zum Beispiel können Träger in eindimensionalen Nanostrukturen nur in eine Richtung der Struktur (d. H. Die Längsrichtung des Nanodrahtes oder der Nanoröhre) ausbreiten und als Verbindungen und Schlüsselelemente in der Nanoelektronik verwendet werden können.

Zweidimensionale Nanostrukturen, die nur eine Dimension im Nanoskala haben, normalerweise senkrecht zu ihrer Schichtebene, wie Nanoblätter, Nanoblätter, Nanoblätter und Nanosphären, haben in letzter Zeit nicht nur für das grundlegende Verständnis ihres Wachstumsmechanismus, sondern auch für die Erforschung ihrer potenziellen Anwendungen in Lichtemitern, Sensoren, Solarzellen usw., usw.

Dreidimensionale Nanostrukturenwerden normalerweise als komplexe Nanostrukturen bezeichnet, die durch eine Sammlung von einer oder mehreren grundlegenden strukturellen Einheiten in nulldimensionaler, eindimensionaler und zweidimensionaler (z. B. Nanodrähten oder Nanoroden, die durch einzelne Kristallverbindungen verbunden sind), gebildet werden, und deren allgemeine geometrische Abmessungen befinden sich auf der Nanometer- oder Mikrometer-Skala. Solche komplexen Nanostrukturen mit hoher Oberfläche pro Volumen der Einheit bieten viele Vorteile, z. Diese Vorteile ermöglichen dreidimensionale Nanostrukturen, um das Design in zukünftigen Energieumwandlungs- und Speicheranwendungen voranzutreiben. Von 0d bis 3D -Strukturen wurde eine Vielzahl von Nanomaterialien untersucht und schrittweise in die Industrie und das tägliche Leben eingeführt.

Synthesemethoden von SIC -Nanomaterialien

Nulldimensionale Materialien können durch HOT-Schmelzmethode, elektrochemische Ätzmethode, Laserpyrolyseverfahren usw. synthetisiert werden, um zu erhaltenSic festNanokristalle, die von einigen Nanometern bis zu zehn Nanometern reichen, aber normalerweise pseudo-sphärisch sind, wie in Abbildung 1 gezeigt.

1 TEM-Bilder von β-Sic-Nanokristallen, die mit verschiedenen Methoden hergestellt wurden

(a) Solvothermalsynthese [34]; (B) elektrochemische Ätzmethode [35]; (c) Wärmeverarbeitung [48]; (d) Laserpyrolyse [49]

Dasog et al. synthetisierte kugelförmige β-Sic-Nanokristalle mit kontrollierbarer Größe und klarer Struktur durch Festkörper-Doppel-Zersetzung zwischen SiO2, MG und C-Pulver [55], wie in 2 gezeigt.

Abbildung 2 Fesembilder von kugelförmigen sic -Nanokristallen mit unterschiedlichen Durchmessern [55]

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

Dampfphasenmethode zum Anbau von SIC -Nanodrähten. Die Gasphasensynthese ist die ausgereiftste Methode zur Bildung von SIC -Nanodrähten. In einem typischen Prozess werden Dampfsubstanzen, die als Reaktanten zur Bildung des Endprodukts verwendet werden, durch Verdunstung, chemische Reduktion und gasförmige Reaktion (bei hohem Temperatur) erzeugt. Obwohl die hohe Temperatur den zusätzlichen Energieverbrauch erhöht, weisen die durch diese Methode gezüchteten sic -Nanodrähte in der Regel eine hohe Kristallintegrität, klare Nanodrähte/Nanoroden, Nanoprismen, Nanoneedles, Nanoröhren, Nanobelts, Nanokabel usw. auf, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Abbildung 3 typische Morphologien eindimensionaler sic-Nanostrukturen 

(a) Nanodraht -Arrays auf Kohlenstofffasern; (b) Ultralong-Nanodrähte auf Ni-Si-Bällen; (c) Nanodrähte; (d) Nanoprismen; (E) Nanobamboo; (f) Nanoneedles; (g) Nanobone; (H) Nanochanien; (i) Nanoröhren

Lösungsmethode zur Herstellung von SIC -Nanodrähten. Die Lösungsmethode wird zur Herstellung von SIC -Nanodrähten verwendet, wodurch die Reaktionstemperatur verringert wird. Die Methode kann das Kristallisieren eines Lösungsphase -Vorläufers durch spontane chemische Reduktion oder andere Reaktionen bei einer relativ milden Temperatur umfassen. Als Vertreter der Lösungsmethode wurden die Solvothermalsynthese und die hydrothermale Synthese häufig verwendet, um SIC -Nanodrähte bei niedrigen Temperaturen zu erhalten.

Zweidimensionale Nanomaterialien können durch solvothermale Methoden, gepulste Laser, Thermiereduktion, mechanische Exfoliation und Mikrowellenplasma verstärkt werdenCVD. Ho et al. realisierte eine 3D-SIC-Nanostruktur in Form einer Nanodrahtblume, wie in Abbildung 4 gezeigt. Das SEM-Bild zeigt, dass die blütenähnliche Struktur einen Durchmesser von 1-2 μm und eine Länge von 3 bis 5 μm aufweist.

Abbildung 4 SEM-Bild einer dreidimensionalen Sic-Nanodrahtblume

Leistung von sic nanomaterialien

SiC -Nanomaterialien sind ein fortschrittliches Keramikmaterial mit hervorragender Leistung, das gute physikalische, chemische, elektrische und andere Eigenschaften aufweist.

✔ Physische Eigenschaften

Hohe Härte: Die Mikrohärte von Nano-Silicon-Carbid liegt zwischen Korund und Diamant, und seine mechanische Festigkeit ist höher als die von Korund. Es hat eine hohe Verschleißfestigkeit und eine gute Selbstschmutzung.

Hohe thermische Leitfähigkeit: Nanokarbid hat eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit und ist ein ausgezeichnetes thermisches Leitmaterial.

Niedriger thermischer Expansionskoeffizient: Auf diese Weise kann Nano-Silicon-Carbid unter hohen Temperaturbedingungen eine stabile Größe und Form aufrechterhalten.

Hohe spezifische Oberfläche: Eine der Eigenschaften von Nanomaterialien ist die Verbesserung seiner Oberflächenaktivität und Reaktionsleistung.

✔ Chemische Eigenschaften

Chemische Stabilität: Nano-Silicon-Carbid verfügt über stabile chemische Eigenschaften und kann seine Leistung unter verschiedenen Umgebungen unverändert halten.

Antioxidation: Es kann die Oxidation bei hohen Temperaturen widerstehen und weist eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit auf.

✔Elektrische Eigenschaften

Hohe Bandgap: Der High-Bandgap macht es zu einem idealen Material für die Herstellung von elektronischen Geräten mit hoher Leistung, Hochleistungen und Energie mit geringe Energie.

Hohe Elektronensättigungsmobilität: Die schnelle Übertragung von Elektronen ist förderlich.

✔Andere Eigenschaften

Starker Strahlungswiderstand: Es kann eine stabile Leistung in einer Strahlungsumgebung aufrechterhalten.

Gute mechanische Eigenschaften: Es hat hervorragende mechanische Eigenschaften wie einen hohen elastischen Modul.

Anwendung von SIC -Nanomaterialien

Elektronik- und Halbleitergeräte: Aufgrund seiner hervorragenden elektronischen Eigenschaften und der Hochtemperaturstabilität wird Nano-Silicon-Carbid in elektronischen Hochleistungskomponenten, Hochfrequenzgeräten, optoelektronischen Komponenten und anderen Feldern häufig eingesetzt. Gleichzeitig ist es auch eines der idealen Materialien für die Herstellung von Halbleitergeräten.

Optische Anwendungen: Nano-Silicon-Carbid hat eine breite Bandlücke und hervorragende optische Eigenschaften und kann zur Herstellung von Hochleistungslasern, LEDs, Photovoltaik-Geräten usw. verwendet werden.

Mechanische Teile: Nano-Silicon-Carbid nutzen seine hohe Härte und Verschleißfestigkeit und verfügt über eine Vielzahl von Anwendungen bei der Herstellung von mechanischen Teilen wie Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeugen, Lagern, mechanischen Dichtungen usw., die den Verschleißwiderstand und die Lebensdauer der Teile erheblich verbessern können.

Nanokompositmaterialien: Nano-Silicon-Carbid kann mit anderen Materialien kombiniert werden, um Nanokompositen zu bilden, um die mechanischen Eigenschaften, die thermische Leitfähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit des Materials zu verbessern. Dieses Nanokompositmaterial wird in Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Energiefeld usw. häufig verwendet.

Hochtemperaturstrukturmaterialien: NanoSiliziumkarbidhat eine ausgezeichnete Hochtemperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit und kann in extremen Umgebungen mit hoher Temperatur verwendet werden. Daher wird es als Hochtemperaturstrukturmaterial in Luft- und Raumfahrt, petrochemischen, Metallurgie und anderen Bereichen wie Herstellung verwendetHochtemperaturöfen, Ofenrohre, Ofenstürme usw.

Andere Anwendungen: Nano-Siliziumcarbid wird auch in der Wasserstoffspeicherung, Photokatalyse und Erfindung verwendet, wobei umfassende Anwendungsaussichten gezeigt werden.