Nana-ábhair chomhdhúile sileacain

Nana-ábhair chomhdhúile sileacain

Tagraíonn nana-ábhair chomhdhúile sileacain (nana-ábhair SiC) d'ábhair comhdhéanta decairbíd sileacain (SIC)le toise amháin ar a laghad sa scála nanaiméadar (a shainmhínítear de ghnáth mar 1-100nm) i spás tríthoiseach. Is féidir nana-ábhair chomhdhúile sileacain a rangú i struchtúir nialasacha, aontoiseacha, déthoiseacha agus tríthoiseacha de réir a struchtúir.

Nanastruchtúir nialasachais struchtúir iad a bhfuil a gcuid toisí uile ar scála na nanaiméadar, lena n-áirítear go príomha nanocriostal soladach, nanasféir chuas, nanocáistí cuasach agus nanasféir croí-bhlaosc.

Nanastruchtúir aontoiseachadéan tagairt do struchtúir ina bhfuil dhá thoise teoranta don scála nanaiméadar i spás tríthoiseach. Tá go leor foirmeacha ag an struchtúr seo, lena n-áirítear nanowires (lár soladach), nanafeadáin (lár log), nanabelts nó nanobelts (trasghearradh dronuilleogach caol) agus nanaprismaí (trasghearradh priosma-chruthach). Tá an struchtúr seo ina fhócas do dhianthaighde mar gheall ar a fheidhmchláir uathúla san fhisic méiseascópach agus i ndéantúsaíocht gléas nanascála. Mar shampla, ní féidir le hiompróirí i nanastruchtúir aontoiseach iomadú i dtreo amháin den struchtúr (i.e., treo fadaimseartha an nanabhann nó nanafeadáin), agus is féidir iad a úsáid mar idirnaisc agus gléasanna tábhachtacha i nanaleictreonaic.

Nanastruchtúir déthoiseacha, nach bhfuil ach gné amháin ag an nana-scála, de ghnáth ingearach lena n-eitleán ciseal, mar shampla nana-bhileoga, nana-bhileoga, nana-bhileoga agus nanaspheres, aird ar leith le déanaí, ní hamháin le haghaidh tuiscint bhunúsach ar a meicníocht fáis, ach freisin chun a n-acmhainneacht a iniúchadh. iarratais in astaitheoirí solais, braiteoirí, cealla gréine, etc.

Nanastruchtúir thríthoiseachananastruchtúir chasta a thugtar orthu de ghnáth, a fhoirmítear trí aonad struchtúrach bunúsach amháin nó níos mó a bhailiú i bhfoirm nialasach, aontoiseach agus déthoiseach (cosúil le nana-bhroinn nó nanarodaí atá nasctha le hacomhail chriostail aonair), agus a gcuid toisí foriomlána geoiméadracha. atá ar an scála nanaiméadar nó an mhicriméadar. Soláthraíonn nanaistruchtúir chasta den sórt sin a bhfuil achar dromchla ard in aghaidh an toirt aonaid go leor buntáistí, mar chosáin fhada optúla le haghaidh ionsú solais éifeachtach, aistriú muirear tapa idirfacial, agus cumais iompair muirear tunable. Cuireann na buntáistí seo ar chumas nanastruchtúir tríthoiseach dearadh a chur chun cinn in iarratais tiontaithe fuinnimh agus stórála amach anseo. Ó struchtúir 0D go 3D, rinneadh staidéar ar raon leathan nana-ábhar agus tugadh isteach iad de réir a chéile sa tionscal agus sa saol laethúil.

Modhanna sintéise de nana-ábhair SiC

Is féidir ábhair nialasacha a shintéisiú trí mhodh leá te, modh eitseála leictreamaiceimiceach, modh pirealú léasair, etc.SiC soladachnanocrystals ó cúpla nanaiméadar go deich nanaiméadar, ach de ghnáth pseudo-sféarúil, mar a thaispeántar i bhFíor 1.

Figiúr 1 Íomhánna TEM de nanocrystals β-SiC ullmhaithe trí mhodhanna éagsúla

(a) Sintéis solvothermal[34]; (B) Modh eitseála leictriceimiceach[35]; (c) Próiseáil theirmeach[48]; (d) Pirealú léasair[49]

Bhí Dasog et al. nanocriostal β-SiC sféarúil sintéiseithe le méid inrialaithe agus struchtúr soiléir trí imoibriú dianscaoilte dúbailte soladach-stáit idir púdair SiO2, Mg agus C[55], mar a thaispeántar i bhFíor 2.

Fíor 2 Íomhánna FESEM de nanocriostal SiC sféarúil le trastomhais éagsúla[55]

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

Modh céime gaile chun nanowires SiC a fhás. Is é sintéis chéim gáis an modh is aibí chun nanowires SiC a fhoirmiú. I bpróiseas tipiciúil, gintear substaintí gal a úsáidtear mar imoibreoirí chun an táirge deiridh a fhoirmiú trí ghalú, laghdú ceimiceach agus imoibriú gásach (a éilíonn teocht ard). Cé go n-ardaíonn teocht ard tomhaltas fuinnimh breise, is gnách go mbíonn sláine ardchriostail ag na nanowires SiC a fhástar leis an modh seo, nanaprismaí soiléire, nana-rioscaí, nana-nainéil, nanafeadáin, nanabelts, nanocables, etc., mar a thaispeántar i bhFíor 3.

Fíor 3 Moirfeolaíochtaí tipiciúla de nanastruchtúir SiC aontoiseach 

(a) Eagair Nanowire ar shnáithíní carbóin; (b) Nanowires Ultralong ar liathróidí Ni-Si; (c) Nanowires; (d) Nanaprismaí; (e) Nanobambú; (f) Nainíaidí; (g) Nana-cnámha; (h) Nanachainí; (i) Nanaifeadáin

Modh réitigh chun nanowires SiC a ullmhú. Úsáidtear an modh réitigh chun nanowires SiC a ullmhú, rud a laghdaíonn an teocht imoibrithe. D’fhéadfadh go n-áireofaí leis an modh criostalú a dhéanamh ar réamhtheachtaí céim réitigh trí laghdú spontáineach ceimiceach nó imoibrithe eile ag teocht measartha éadrom. Mar ionadaithe an mhodhanna réitigh, baineadh úsáid as sintéis solvothermal agus sintéis hidrothermal go coitianta chun nanowires SiC a fháil ag teocht íseal.

Is féidir nana-ábhair déthoiseacha a ullmhú trí mhodhanna solvothermal, léasair pulsed, laghdú teirmeach carbóin, exfoliation meicniúil, agus plasma micreathonn feabhsaitheCVD. Ho et al. thuig nanostructure 3D SiC i gcruth bláth nanowire, mar a thaispeántar i bhFíor 4. Léiríonn an íomhá SEM go bhfuil an struchtúr bláth-mhaith trastomhas de 1-2 μm agus fad de 3-5 μm.

Fíor 4 Íomhá SEM de bhláth nanoire SiC tríthoiseach

Feidhmíocht nana-ábhar SIC

Is ábhar ceirmeach chun cinn iad nana-ábhair SiC le feidhmíocht den scoth, a bhfuil dea-airíonna fisiceacha, ceimiceacha, leictreacha agus eile.

✔ Airíonna fisiceacha

Cruas ard: Tá microhardness chomhdhúile nana-sileacain idir corandam agus diamant, agus tá a neart meicniúil níos airde ná an corandam. Tá friotaíocht ard caitheamh aige agus féin-lubrication maith.

Seoltacht ard teirmeach: Tá seoltacht teirmeach den scoth ag cairbíd nana-sileacain agus is ábhar seoltachta teirmeach den scoth é.

Comhéifeacht leathnú teirmeach íseal: Ligeann sé seo chomhdhúile nana-sileacain méid agus cruth cobhsaí a choimeád faoi choinníollacha teocht ard.

Achar dromchla ard ar leith: Ceann de na saintréithe atá ag nana-ábhair, tá sé fabhrach chun a ghníomhaíocht dromchla agus a fheidhmíocht imoibrithe a fheabhsú.

✔ Airíonna ceimiceacha

Cobhsaíocht cheimiceach: Tá airíonna ceimiceacha cobhsaí ag cairbíd nana-sileacain agus féadann sé a fheidhmíocht a choinneáil gan athrú faoi thimpeallachtaí éagsúla.

Frithocsaídiú: Is féidir leis ocsaídiú a sheasamh ag teochtaí arda agus taispeánann sé friotaíocht ardteochta den scoth.

✔Airíonna leictreacha

Bearna ard: Déanann an bhearna ard-bhanna é an t-ábhar iontach chun gléasanna leictreonacha ard-minicíochta, ardchumhachta agus ísealfhuinnimh a dhéanamh.

Soghluaisteacht ard saturation leictreon: Tá sé fabhrach do tharchur tapa leictreon.

✔Tréithe eile

Friotaíocht radaíochta láidir: Is féidir leis feidhmíocht chobhsaí a choinneáil i dtimpeallacht radaíochta.

Airíonna meicniúla maith: Tá airíonna meicniúla den scoth aige, mar shampla modulus ard-leaisteach.

Feidhm nana-ábhar SIC

Leictreonaic agus feistí leathsheoltóra: Mar gheall ar a n-airíonna leictreonacha den scoth agus cobhsaíocht ardteochta, úsáidtear carbide nana-sileacain go forleathan i gcomhpháirteanna leictreonacha ard-chumhachta, feistí ard-minicíochta, comhpháirteanna optoelectronic agus réimsí eile. Ag an am céanna, tá sé freisin ar cheann de na hábhair idéalach chun feistí leathsheoltóra a mhonarú.

Feidhmchláir optúla: Tá bandgap leathan agus airíonna optúla den scoth ag chomhdhúile nana-sileacain, agus is féidir iad a úsáid chun léasair ardfheidhmíochta, stiúir, feistí fótavoltach, etc.

Páirteanna meicniúla: Ag baint leasa as a chruas ard agus a fhriotaíocht chaitheamh, tá raon leathan d'iarratais ag chomhdhúile nana-sileacain i ndéantúsaíocht páirteanna meicniúla, mar shampla uirlisí gearrtha ardluais, imthacaí, rónta meicniúla, etc., a d'fhéadfadh feabhas a chur ar chaitheamh go mór. friotaíocht agus saol seirbhíse na gcodanna.

Ábhair nana-chomhchodacha: Is féidir chomhdhúile nana-sileacain a chomhcheangal le hábhair eile chun nana-chomhchodanna a fhoirmiú chun airíonna meicniúla, seoltacht theirmeach agus friotaíocht creimeadh an ábhair a fheabhsú. Úsáidtear an t-ábhar nana-chomhchodach seo go forleathan i aeraspáis, tionscal feithicleach, réimse fuinnimh, etc.

Ábhair struchtúracha teocht ard: nanachomhdhúile sileacaintá cobhsaíocht ard-teocht agus friotaíocht creimeadh den scoth aige, agus is féidir é a úsáid i dtimpeallachtaí ardteochta. Dá bhrí sin, úsáidtear é mar ábhar struchtúrach teocht ard i réimsí aeraspáis, peitriceimiceach, miotalóireacht agus réimsí eile, mar shampla déantúsaíochtfoirnéisí teocht ard, feadáin foirnéise, líneálacha foirnéise, etc.

Feidhmchláir eile: Úsáidtear nana-chomhdhúile sileacain freisin i stóráil hidrigine, fótacatalysis agus braite, rud a léiríonn ionchais iarratais leathan.