실리콘 카바이드 나노 물질

실리콘 카바이드 나노 물질

실리콘 카바이드 나노 물질 (sic nanomaterial)실리콘 카바이드 (sic)3 차원 공간에서 나노 미터 스케일 (일반적으로 1-100nm로 정의 됨)에서 최소 1 차원이 있습니다. 실리콘 카바이드 나노 물질은 구조에 따라 제로 차원, 1 차원, 2 차원 및 3 차원 구조로 분류 될 수있다.

제로 차원 나노 구조모든 치수가 나노 미터 규모에있는 구조, 주로 고체 나노 결정, 중공 나노 스피어, 중공 나노 세지 및 코어-쉘 나노 스피어를 포함하는 구조입니다.

1 차원 나노 구조3 차원 공간에서 2 차원이 나노 미터 스케일에 한정되는 구조를 참조하십시오. 이 구조에는 나노 와이어 (고체 중심), 나노 튜브 (중앙 중심), 나노 벨트 또는 나노 벨트 (좁은 직사각형 단면) 및 나노 프리즘 (프리즘 형 단면)을 포함한 여러 형태가 있습니다. 이 구조는 Mesoscopic Physics 및 Nanoscale 장치 제조의 고유 한 응용으로 인해 집중적 인 연구의 초점이되었습니다. 예를 들어, 1 차원 나노 구조의 캐리어는 구조의 한 방향 (즉, 나노 와이어 또는 나노 튜브의 종 방향 방향)으로만 전파 될 수 있으며, 나노 엘렉트로 닉에서 상호 연결 및 주요 장치로 사용될 수있다.

2 차원 나노 구조나노 스케일에는 1 차원이 단 하나 뿐이며, 일반적으로 나노 시트, 나노 시트, 나노 스피어와 같이 층 평면에 수직 인 경우 최근 성장 메커니즘에 대한 기본 이해뿐만 아니라 가벼운 감상자, 센서, 태양 세포 등에서 잠재적 인 응용을 탐색하는 데 특별한 관심을 받았습니다.

3 차원 나노 구조일반적으로 복잡한 나노 구조라고 불리며, 이는 제로 차원, 1 차원 및 2 차원 (예 : 단일 결정 접합으로 연결된 나노 와이어 또는 나노로드)으로 하나 이상의 기본 구조 단위를 수집하고 전체 기하학적 치수는 나노 미터 또는 마이크로 미터 스케일에 있습니다. 단위 부피당 높은 표면적을 갖는 복잡한 나노 구조는 효율적인 광 흡수를위한 긴 광학 경로, 빠른 계면 전하 전달 및 조정 가능한 전하 전송 기능과 같은 많은 이점을 제공합니다. 이러한 장점은 3 차원 나노 구조가 미래의 에너지 변환 및 저장 응용 분야에서 설계를 발전시킬 수 있도록합니다. 0D 내지 3D 구조에서, 다양한 나노 물질이 연구되고 점차 산업과 일상 생활에 도입되었습니다.

SIC 나노 물질의 합성 방법

제로 차원 재료는 핫 멜트 방법, 전기 화학 에칭 방법, 레이저 열분해 방법 등에 의해 합성 될 수 있습니다.sic 고체몇 나노 미터에서 수십 나노 미터까지의 나노 결정은 일반적으로도 1에 도시 된 바와 같이 의사-구상이다.

도 1 상이한 방법으로 제조 된 β-Sic 나노 결정의 TEM 이미지

(a) 용매 합성 [34]; (b) 전기 화학 에칭 방법 [35]; (c) 열 처리 [48]; (d) 레이저 열분해 [49]

Dasog et al. SIO2, Mg 및 C 분말 사이의 고체 이중 분해 반응에 의한 제어 가능한 크기 및 명확한 구조를 갖는 합성 된 구형 β-Sic 나노 결정 [55].

그림 2 직경이 다른 구형 Sic 나노 결정의 FESEM 이미지 [55]

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

Sic 나노 와이어를 성장하기위한 증기 상 방법. 기상 합성은 SIC 나노 와이어를 형성하는 가장 성숙한 방법입니다. 전형적인 공정에서, 최종 생성물을 형성하기 위해 반응물로 사용되는 증기 물질은 증발, 화학적 환원 및 기체 반응 (고온 필요)에 의해 생성된다. 고온이 추가로 에너지 소비를 증가 시키지만,이 방법에 의해 성장한 Sic 나노 와이어는 일반적으로도 3과 같이 높은 결정 무결성, 명확한 나노 와이어/나노로드, 나노 프리즘, 나노 프리즘, 나노 벨트, 나노 타이블 등을 갖는다.

그림 3 1 차원 SIC 나노 구조의 전형적인 형태 

(a) 탄소 섬유의 나노 와이어 어레이; (b) Ni-Si 볼에 대한 초고속 나노 와이어; (c) 나노 와이어; (d) 나노 프리즘; (e) 나노 햄 부; (f) 나노 네들; (g) 나노본; (h) 나노 카인; (i) 나노 튜브

SIC 나노 와이어의 준비를위한 솔루션 방법. 솔루션 방법은 SIC 나노 와이어를 준비하는 데 사용되며, 이는 반응 온도를 감소시킨다. 이 방법은 자발적인 화학적 감소 또는 비교적 온화한 온도에서의 다른 반응을 통한 용액 상 전구체 결정화를 포함 할 수있다. 용액 방법의 대표자로서, 용액 합성 및 열수 합성은 일반적으로 저온에서 SIC 나노 와이어를 얻는 데 사용되어왔다.

2 차원 나노 물질은 용매 방법, 펄스 레이저, 탄소 열 감소, 기계적 각질 제거 및 마이크로파 플라즈마에 의해 제조 될 수 있습니다.CVD. Ho et al. 그림 4에서 볼 수 있듯이 나노 와이어 꽃 모양의 3D sic 나노 구조를 실현했습니다. SEM 이미지는 꽃과 같은 구조의 직경이 1-2 μm이고 길이가 3-5 μm임을 보여줍니다.

그림 4 3 차원 SIC 나노 와이어 꽃의 SEM 이미지

SIC 나노 물질의 성능

SIC 나노 물질은 우수한 성능을 가진 고급 세라믹 재료로, 물리적, 화학적, 전기 및 기타 특성이 우수합니다.

✔ 물리적 특성

높은 경도 : 나노-실리콘 카바이드의 미세한 함수는 Corundum과 Diamond 사이이며, 기계적 강도는 Corundum의 기계 강도보다 높습니다. 내마모성이 높고 자기 윤활이 양호합니다.

높은 열전도율 : 나노-실리콘 카바이드는 우수한 열전도율을 가지며 우수한 열전도성 재료입니다.

낮은 열 팽창 계수 : 나노-실리콘 카바이드가 고온 조건에서 안정적인 크기와 모양을 유지할 수 있습니다.

높은 특이 적 표면적 : 나노 물질의 특성 중 하나는 표면 활성 및 반응 성능을 향상시키는 데 도움이됩니다.

✔ 화학적 특성

화학적 안정성 : 나노-실리콘 카바이드는 안정적인 화학적 특성을 가지며 다양한 환경에서 성능을 변경할 수 있습니다.

항산화 : 고온에서의 산화에 저항 할 수 있으며 고온 저항성이 우수합니다.

✔전기 특성

높은 밴드 갭 : 높은 밴드 갭은 고주파, 고급 전자 및 저에너지 전자 장치를 만드는 데 이상적인 재료입니다.

높은 전자 포화 이동성 : 전자의 빠른 전달에 도움이됩니다.

✔다른 특성

강한 방사선 저항 : 방사선 환경에서 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다.

좋은 기계적 특성 : 높은 탄성 계수와 같은 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다.

SIC 나노 물질의 적용

전자 및 반도체 장치: 우수한 전자 특성과 고온 안정성으로 인해 Nano-Silicon Carbide는 고전력 전자 구성 요소, 고주파 장치, 광전자 구성 요소 및 기타 필드에서 널리 사용됩니다. 동시에, 그것은 또한 반도체 장치 제조에 이상적인 재료 중 하나이기도합니다.

광학 응용: Nano-Silicon Carbide는 넓은 밴드 갭과 우수한 광학 특성을 가지며 고성능 레이저, LED, 태양 광 장치 등을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.

기계적 부분: 높은 경도와 내마모성을 활용하여 나노-실리콘 카바이드는 고속 절단 도구, 베어링, 기계식 씰 등과 같은 기계 부품 제조에 광범위한 응용 분야를 가지고있어 부품의 내마모성 및 서비스 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.

나노 복합 재료: 나노-실리콘 카바이드는 다른 재료와 결합하여 나노 복합물을 형성하여 물질의 기계적 특성, 열전도율 및 부식 저항을 개선 할 수있다. 이 나노 복합 재료는 항공 우주, 자동차 산업, 에너지 분야 등에서 널리 사용됩니다.

고온 구조 재료: 나노실리콘 카바이드고온 안정성과 부식성이 우수하며 극한의 고온 환경에서 사용할 수 있습니다. 따라서 항공 우주, 석유 화학, 야금 및 제조와 같은 기타 분야에서 고온 구조 재료로 사용됩니다.고온 용광로, 퍼니스 튜브, 용광로 안감 등

다른 응용 프로그램: 나노 실리콘 카바이드는 또한 수소 저장, 광 촉매 및 감지에 사용되며 광범위한 응용 전망을 보여줍니다.