سيليكون كربيد المواد النانوية

سيليكون كربيد المواد النانوية

تشير المواد النانوية السيليكونة (المواد النانوية الهاتفية) إلى مواد مكونة منكربيد السيليكون (كذا)مع بعد واحد على الأقل في مقياس نانومتر (عادة ما يتم تعريفه على أنه 1-100 نانومتر) في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يمكن تصنيف المواد النانوية للسيليكون كربيد إلى هياكل ذات أبعاد أحادية البعد ، ثنائية الأبعاد وثلاث أبعاد وفقًا لهيكلها.

الهياكل النانوية صفر الأبعادهي الهياكل التي تكون جميع أبعادها على مقياس نانومتر ، بما في ذلك البلورات النانوية الصلبة ، والخلايا النانوية المجوفة ، والبطانات النانوية المجوفة ، و nanospheres الأساسية.

الهياكل النانوية أحادية البعدارجع إلى الهياكل التي يقتصر فيها بعانين على مقياس نانومتر في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يحتوي هذا الهيكل على أشكال عديدة ، بما في ذلك الأسلاك النانوية (المركز الصلب) ، والأنابيب النانوية (المركز المجوف) ، والنيوبيلتس أو النانوبيل (المقطع العرضي المستطيل الضيق) والخلايا النانوية (المقطع العرضي على شكل منشور). أصبح هذا الهيكل محورًا للبحث المكثف بسبب تطبيقاته الفريدة في الفيزياء المتوسطة وتصنيع الأجهزة النانوية. على سبيل المثال ، لا يمكن أن تنتشر الناقلات في الهياكل النانوية أحادية البعد إلا في اتجاه واحد من الهيكل (أي الاتجاه الطولي للسلسلة النانوية أو الأنابيب النانوية) ، ويمكن استخدامها كترابط وأجهزة رئيسية في الإلكترونيات النانوية.

الهياكل النانوية ثنائية الأبعاد، التي لها بعد واحد فقط في النانو ، العمودي عادة على طائرة الطبقة الخاصة بهم ، مثل أوراق النانو ، أوراق النانو ، أوراق النانو والنانوسفيريين ، تلقوا اهتمامًا خاصًا مؤخرًا ، ليس فقط من أجل الفهم الأساسي لآلية النمو الخاصة بهم ، ولكن أيضًا لاستكشاف تطبيقاتها المحتملة في البوابات الخفيفة ، والمستشعرات ، والخلايا الصلبة ، إلخ.

الهياكل النانوية ثلاثية الأبعادعادة ما تسمى الهياكل النانوية المعقدة ، والتي تتشكل من خلال مجموعة من الوحدات الهيكلية الأساسية أو أكثر في صفر الأبعاد ، أحادية البعد ، وثنائية الأبعاد (مثل الأسلاك النانوية أو النانوورود المتصلة بواسطة تقاطعات بلورية واحدة) ، والخلطات الجيومترية الإجمالية على مقياس النانو أو الميكرومتر. توفر هذه الهياكل النانوية المعقدة ذات مساحة سطح عالية لكل وحدة حجم العديد من المزايا ، مثل المسارات البصرية الطويلة لامتصاص الضوء الفعال ، ونقل الشحنة البينية السريعة ، وقدرات نقل الشحن القابلة للضبط. تتيح هذه المزايا الهياكل النانوية ثلاثية الأبعاد لتعزيز التصميم في تطبيقات تحويل الطاقة وتخزينها في المستقبل. من 0D إلى الهياكل ثلاثية الأبعاد ، تمت دراسة مجموعة واسعة من المواد النانوية وإدخالها تدريجياً في الصناعة والحياة اليومية.

طرق توليف المواد النانوية الكشف

يمكن تصنيع المواد ذات الأبعاد الصفرية بواسطة طريقة الذوبان الساخن ، وطريقة الحفر الكهروكيميائية ، وطريقة الانحلال الحراري بالليزر ، وما إلى ذلك.كذا صلبةالبلورات النانوية التي تتراوح من عدد قليل من المقاييس النانوية إلى عشرات النانومتر ، ولكن عادة ما تكون زائفة ، كما هو مبين في الشكل 1.

الشكل 1 صور TEM من البلورات النانوية sic sic التي أعدتها طرق مختلفة

(أ) التوليف الحراري [34] ؛ (ب) طريقة الحفر الكهروكيميائية [35] ؛ (ج) المعالجة الحرارية [48] ؛ (د) الانحلال الحراري بالليزر [49]

Dasog et al. تصنيع البلورات النانوية الكروية الكروية مع حجم يمكن التحكم فيه والبنية الصافية عن طريق تفاعل التحلل المزدوج الحالة الصلبة بين مساحيق SiO2 و MG و C [55] ، كما هو مبين في الشكل 2.

الشكل 2 الشكل 2 صور من البلورات النانوية الكلى الكروية مع أقطار مختلفة [55]

(أ) 51.3 ± 5.5 نانومتر ؛ (ب) 92.8 ± 6.6 نانومتر ؛ (ج) 278.3 ± 8.2 نانومتر

طريقة المرحلة البخارية لتنمية الأسلاك النانوية sic. تخليق مرحلة الغاز هو الطريقة الأكثر نضجًا لتشكيل أسلاك النانوية. في عملية نموذجية ، يتم إنشاء مواد البخار المستخدمة كمتفاعلات لتشكيل المنتج النهائي عن طريق التبخر والخفض الكيميائي والتفاعل الغازي (تتطلب درجة حرارة عالية). على الرغم من أن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من استهلاك الطاقة الإضافي ، إلا أن الأسلاك النانوية SIC التي تزرعها هذه الطريقة عادة ما يكون لها سلامة بلورية عالية ، وأسلاك نانوية واضحة/نانوروودات ، نانوبرز ، نانوني ، الأنابيب النانوية ، النانوية ، المواد النانوية ، وما إلى ذلك ، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 3 الشكل 3 التشكل النموذجي من البنى النانوية أحادية البعد 

(أ) صفائف الأسلاك النانوية على ألياف الكربون ؛ (ب) الأسلحة النانوية الفائقة على كرات Ni-Si ؛ (ج) الأسلاك النانوية ؛ (د) النانو. (هـ) نانوبامبو ؛ (و) nanoneedles ؛ (ز) النانوبونات ؛ (ح) النانوش. (ط) الأنابيب النانوية

طريقة الحل لإعداد الأسلاك النانوية sic. يتم استخدام طريقة الحل لإعداد الأسلاك النانوية sic ، مما يقلل من درجة حرارة التفاعل. قد تتضمن هذه الطريقة تبلور سلائف طور الحل من خلال التخفيض الكيميائي التلقائي أو التفاعلات الأخرى في درجة حرارة خفيفة نسبيًا. كممثلين لطريقة الحل ، تم استخدام التوليف الحراري والتوليف الحراري المائي بشكل شائع للحصول على أسلاك نانوية SIC في درجات حرارة منخفضة.

يمكن تحضير المواد النانوية ثنائية الأبعاد عن طريق الطرق الحرارية ، والليزر النبضي ، والخفض الحراري الكربوني ، والتقشير الميكانيكي ، والبلازما الميكروويف المحسنةCVD. هو وآخرون. أدركت البنية النانوية ثلاثية الأبعاد في شكل زهرة الأسلاك النانوية ، كما هو مبين في الشكل 4. تظهر صورة SEM أن الهيكل الشبيه بالزهور يبلغ قطره 1-2 ميكرون وطول 3-5 ميكرون.

الشكل 4 صورة SEM لزهرة الأسلاك النانوية ثلاثية الأبعاد

أداء المواد النانوية كذا

المواد النانوية SIC هي مادة خزفية متقدمة ذات أداء ممتاز ، والتي تحتوي على خصائص جسدية وكيميائية وكهربائية وغيرها.

✔ الخصائص الفيزيائية

الصلابة العالية: تقع الصلابة الدقيقة لكربريد النانو السيليكون بين كوروندوم والماس ، وقوته الميكانيكية أعلى من قوتها. لديها مقاومة عالية التآكل وتجهيز جيد للذات.

الموصلية الحرارية العالية: يحتوي كربيد النانو السيليكون على توصيل حراري ممتاز وهو مادة موصلة حرارية ممتازة.

معامل التوسع الحراري المنخفض: يتيح هذا كربيد نانو سيليكون للحفاظ على حجم وشكل مستقر في ظل ظروف درجات الحرارة العالية.

مساحة سطحية محددة عالية: واحدة من خصائص المواد النانوية ، فهي مواتية لتحسين نشاطها السطحي وأداء رد الفعل.

✔ الخصائص الكيميائية

الاستقرار الكيميائي: يحتوي كربيد نانو سيليكون على خصائص كيميائية مستقرة ويمكنه الحفاظ على أدائها دون تغيير في بيئات مختلفة.

مضادات الأكسدة: يمكن أن تقاوم الأكسدة في درجات حرارة عالية ويظهر مقاومة عالية درجة الحرارة عالية.

✔الخصائص الكهربائية

فجوة النطاق العالي: تجعل جافة النطاق العالي مادة مثالية لصنع الأجهزة الإلكترونية عالية التردد ، وعالية الطاقة ، والأجهزة الإلكترونية منخفضة الطاقة.

تنقل تشبع الإلكترون العالي: إنه يفضي إلى الانتقال السريع للإلكترونات.

✔خصائص أخرى

مقاومة الإشعاع القوية: يمكن أن تحافظ على أداء مستقر في بيئة إشعاعية.

الخصائص الميكانيكية الجيدة: لها خصائص ميكانيكية ممتازة مثل المعامل المرنة العالية.

تطبيق المواد النانوية sic

أجهزة الإلكترونيات وأشباه الموصلات: نظرًا لخصائصه الإلكترونية الممتازة واستقرار درجات الحرارة العالية ، يستخدم كربيد النانو سيليكون على نطاق واسع في المكونات الإلكترونية عالية الطاقة ، والأجهزة عالية التردد ، والمكونات الإلكترونية الضوئية وغيرها من الحقول. في الوقت نفسه ، يعد أيضًا أحد المواد المثالية لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات.

التطبيقات البصرية: يحتوي Carbide Nano-Silicon على فجوة واسعة النطاق وخصائص بصرية ممتازة ، ويمكن استخدامها لتصنيع الليزر عالي الأداء ، LEDs ، الأجهزة الكهروضوئية ، إلخ.

الأجزاء الميكانيكية: الاستفادة من صلابةها عالية ومقاومة التآكل ، يحتوي كربيد النانو السيليكون على مجموعة واسعة من التطبيقات في تصنيع الأجزاء الميكانيكية ، مثل أدوات القطع عالية السرعة ، والمحامل ، والأختام الميكانيكية ، وما إلى ذلك ، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من مقاومة التآكل وخدمة الأجزاء.

مواد nanocomposite: يمكن دمج كربيد نانو سيليكون مع مواد أخرى لتشكيل المركبات النانوية لتحسين الخواص الميكانيكية والتوصيل الحراري ومقاومة التآكل للمادة. تستخدم هذه المواد النانوية على نطاق واسع في الفضاء ، صناعة السيارات ، مجال الطاقة ، إلخ.

مواد هيكلية عالية درجة الحرارة: نانوكربيد السيليكونيتمتع باستقرار درجة حرارة عالية ممتازة ومقاومة للتآكل ، ويمكن استخدامه في بيئات درجات الحرارة العالية الشديدة. لذلك ، يتم استخدامه كمواد هيكلية عالية درجة الحرارة في الفضاء والبتروكيماويات والمعادن وغيرها من الحقول ، مثل التصنيعأفران درجات الحرارة العالية, أنابيب الفرن، بطانات الفرن ، إلخ.

تطبيقات أخرى: يستخدم كربيد السيليكون النانو أيضًا في تخزين الهيدروجين ، وتحفيز ضوئي واستشعار ، مما يدل على آفاق تطبيق واسعة.