सिलिकॉन कार्बाईड नॅनोमेटेरियल्स

सिलिकॉन कार्बाईड नॅनोमेटेरियल्स

सिलिकॉन कार्बाईड नॅनोमेटेरियल्स (सिक नॅनोमेटेरियल्स) ची बनलेली सामग्री संदर्भित करतेसिलिकॉन कार्बाइड (एसआयसी)त्रिमितीय जागेत नॅनोमीटर स्केलमध्ये (सामान्यत: 1-100 एनएम म्हणून परिभाषित केलेले) कमीतकमी एक आयाम सह. सिलिकॉन कार्बाईड नॅनोमेटेरियल्सना त्यांच्या संरचनेनुसार शून्य-आयामी, एक-आयामी, द्विमितीय आणि त्रिमितीय संरचनांमध्ये वर्गीकृत केले जाऊ शकते.

शून्य-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्सअशा रचना आहेत ज्यांचे सर्व परिमाण नॅनोमीटर स्केलवर आहेत, मुख्यत: सॉलिड नॅनोक्रिस्टल्स, पोकळ नॅनोफेयर्स, पोकळ नॅनोसेज आणि कोअर-शेल नॅनोफेअर्स यांचा समावेश आहे.

एक-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्सअशा रचनांचा संदर्भ घ्या ज्यात दोन परिमाण त्रिमितीय जागेत नॅनोमीटर स्केलपुरते मर्यादित आहेत. या संरचनेत नॅनोवायर (सॉलिड सेंटर), नॅनोट्यूब (पोकळ केंद्र), नॅनोबेल्ट्स किंवा नॅनोबेल्ट्स (अरुंद आयताकृती क्रॉस-सेक्शन) आणि नॅनोप्रिझम (प्रिझम-आकाराचे क्रॉस-सेक्शन) यासह बरेच प्रकार आहेत. मेसोस्कोपिक फिजिक्स आणि नॅनोस्केल डिव्हाइस मॅन्युफॅक्चरिंगमधील त्याच्या अद्वितीय अनुप्रयोगांमुळे ही रचना सखोल संशोधनाचे केंद्रबिंदू बनली आहे. उदाहरणार्थ, एक-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्समधील वाहक केवळ संरचनेच्या एका दिशेने (म्हणजेच, नॅनोवायर किंवा नॅनोट्यूबची रेखांशाचा दिशा) प्रचार करू शकतात आणि नॅनोइलेक्ट्रॉनिक्समधील इंटरकनेक्ट्स आणि की उपकरणे म्हणून वापरली जाऊ शकतात.

द्विमितीय नॅनोस्ट्रक्चर्स, नॅनोस्केलमध्ये फक्त एकच परिमाण आहे, सामान्यत: नॅनोशीट्स, नॅनोशीट्स, नॅनोशीट्स आणि नॅनोफेर्स यासारख्या लेयर प्लेनला लंबवत आहे, केवळ त्यांच्या वाढीच्या यंत्रणेच्या मूलभूत समजुतीसाठीच नव्हे तर हलके उत्साही, सेन्सर, सौर पेशींमध्ये त्यांचे संभाव्य अनुप्रयोग शोधण्यासाठी देखील विशेष लक्ष वेधले गेले आहे.

त्रिमितीय नॅनोस्ट्रक्चर्ससामान्यत: जटिल नॅनोस्ट्रक्चर्स म्हणतात, जे शून्य-आयामी, एक-आयामी आणि द्विमितीय (जसे की सिंगल क्रिस्टल जंक्शनद्वारे जोडलेले नॅनोवायर किंवा नॅनोरोड्स) आणि त्यांचे एकूण भौगोलिक परिमाण नॅनोमीटर किंवा मायक्रोमीटर स्केलवर एक किंवा अधिक मूलभूत स्ट्रक्चरल युनिट्सच्या संग्रहातून तयार केले जाते. प्रति युनिट व्हॉल्यूम उच्च पृष्ठभागाच्या क्षेत्रासह अशा जटिल नॅनोस्ट्रक्चर्समध्ये बरेच फायदे उपलब्ध आहेत, जसे की कार्यक्षम प्रकाश शोषण, वेगवान इंटरफेसियल चार्ज ट्रान्सफर आणि ट्यूनबल चार्ज ट्रान्सपोर्ट क्षमता यासारख्या लांब ऑप्टिकल पथ. हे फायदे भविष्यातील उर्जा रूपांतरण आणि स्टोरेज अनुप्रयोगांमध्ये डिझाइनची प्रगती करण्यास त्रिमितीय नॅनोस्ट्रक्चर्स सक्षम करतात. 0 डी ते 3 डी स्ट्रक्चर्स पर्यंत, विविध प्रकारच्या नॅनोमेटेरियल्सचा अभ्यास केला गेला आहे आणि हळूहळू उद्योग आणि दैनंदिन जीवनात ओळख करुन दिली गेली आहे.

Sic नॅनोमेटेरियल्सच्या संश्लेषण पद्धती

मिळविण्यासाठी शून्य-आयामी सामग्री गरम वितळण्याची पद्धत, इलेक्ट्रोकेमिकल एचिंग पद्धत, लेसर पायरोलिसिस पद्धत इत्यादीद्वारे एकत्रित केली जाऊ शकतेSic सॉलिडआकृती 1 मध्ये दर्शविल्यानुसार काही नॅनोमीटर ते दहापट नॅनोमीटरपर्यंत नॅनोक्रिस्टल्स, परंतु सामान्यत: छद्म-गोलाकार असतात.

आकृती 1 वेगवेगळ्या पद्धतींनी तयार केलेल्या β- सिक नॅनोक्रिस्टल्सच्या टीईएम प्रतिमा

(अ) सॉल्व्होथर्मल संश्लेषण [] 34]; (बी) इलेक्ट्रोकेमिकल एचिंग पद्धत [] 35]; (सी) थर्मल प्रोसेसिंग [] 48]; (डी) लेसर पायरोलिसिस [49]]

दासोग इट अल. आकृती 2 मध्ये दर्शविल्यानुसार, एसआयओ 2, एमजी आणि सी पावडर [55] दरम्यान घन-राज्य दुहेरी विघटन प्रतिक्रिया आणि स्पष्ट संरचनेसह संश्लेषित गोलाकार β- सिक नॅनोक्रिस्टल्स.

आकृती 2 वेगवेगळ्या व्यास असलेल्या गोलाकार एसआयसी नॅनोक्रिस्टल्सच्या एफईएसईएम प्रतिमा [55]

(अ) 51.3 ± 5.5 एनएम; (बी) 92.8 ± 6.6 एनएम; (सी) 278.3 ± 8.2 एनएम

वाढत्या एसआयसी नॅनोवायरसाठी वाष्प चरण पद्धत. एसआयसी नॅनोवायर तयार करण्यासाठी गॅस फेज संश्लेषण ही सर्वात परिपक्व पद्धत आहे. ठराविक प्रक्रियेमध्ये, अंतिम उत्पादन तयार करण्यासाठी रिअॅक्टंट्स म्हणून वापरल्या जाणार्‍या वाष्प पदार्थ बाष्पीभवन, रासायनिक कपात आणि वायू प्रतिक्रिया (उच्च तापमान आवश्यक असलेल्या) तयार केल्या जातात. जरी उच्च तापमानात अतिरिक्त उर्जेचा वापर वाढत आहे, परंतु या पद्धतीने पिकविलेल्या एसआयसी नॅनोव्हर्समध्ये सामान्यत: उच्च क्रिस्टल अखंडता, स्पष्ट नॅनोव्हर्स/नॅनोरोड्स, नॅनोप्रिझम, नॅनोनेडल्स, नॅनोट्यूब, नॅनोबेल्ट्स, नॅनोजेबल्स इत्यादी असतात, आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे.

आकृती 3 एक-आयामी एसआयसी नॅनोस्ट्रक्चर्सचे ठराविक मॉर्फोलॉजीज 

(अ) कार्बन तंतूंवर नॅनोवायर अ‍ॅरे; (बी) नी-सी बॉलवर अल्ट्रालॉन्ग नॅनोवायर; (सी) नॅनोवायर; (डी) नॅनोप्रिझम; (इ) नॅनोबांबू; (एफ) नॅनोनेडल्स; (छ) नॅनोबोन; (एच) नॅनोचेन्स; (i) नॅनोट्यूब

एसआयसी नॅनोवायरच्या तयारीसाठी समाधान पद्धत. सोल्यूशन पद्धत एसआयसी नॅनोवायर तयार करण्यासाठी वापरली जाते, ज्यामुळे प्रतिक्रिया तापमान कमी होते. या पद्धतीमध्ये तुलनेने सौम्य तापमानात उत्स्फूर्त रासायनिक कपात किंवा इतर प्रतिक्रियांच्या माध्यमातून सोल्यूशन फेज पूर्ववर्ती क्रिस्टलीकरण समाविष्ट असू शकते. सोल्यूशन पद्धतीचे प्रतिनिधी म्हणून, सॉल्व्होथर्मल संश्लेषण आणि हायड्रोथर्मल संश्लेषण सामान्यत: कमी तापमानात एसआयसी नॅनोवायर मिळविण्यासाठी वापरले जाते.

सॉल्व्होथर्मल पद्धती, स्पंदित लेसर, कार्बन थर्मल रिडक्शन, मेकॅनिकल एक्सफोलिएशन आणि मायक्रोवेव्ह प्लाझ्मा वर्धित द्विपदीय नॅनोमेटेरियल्स तयार केले जाऊ शकतातसीव्हीडी? हो इट अल. आकृती 4 मध्ये दर्शविल्यानुसार नॅनोवायर फुलांच्या आकारात 3 डी एसआयसी नॅनोस्ट्रक्चरची जाणीव झाली. एसईएम प्रतिमेमध्ये असे दिसून आले आहे की फुलांसारख्या संरचनेचा व्यास 1-2 μm आणि लांबी 3-5 μm आहे.

आकृती 4 त्रिमितीय sic नॅनोवायर फ्लॉवरची एसईएम प्रतिमा

सिक नॅनोमेटेरियल्सची कामगिरी

एसआयसी नॅनोमेटेरियल्स एक उत्कृष्ट कामगिरी असलेली एक प्रगत सिरेमिक सामग्री आहे, ज्यात चांगले शारीरिक, रासायनिक, विद्युत आणि इतर गुणधर्म आहेत.

✔ भौतिक गुणधर्म

उच्च कडकपणा: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईडची मायक्रोहार्डनेस कॉरंडम आणि डायमंड दरम्यान आहे आणि त्याची यांत्रिक शक्ती कोरुंडच्या तुलनेत जास्त आहे. यात उच्च पोशाख प्रतिकार आणि चांगले स्वत: ची वंगण आहे.

उच्च थर्मल चालकता: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईडमध्ये उत्कृष्ट थर्मल चालकता आहे आणि ती एक उत्कृष्ट थर्मल प्रवाहकीय सामग्री आहे.

कमी थर्मल विस्तार गुणांक: यामुळे नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईडला उच्च तापमानाच्या परिस्थितीत स्थिर आकार आणि आकार राखण्याची परवानगी मिळते.

उच्च विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्र: नॅनोमेटेरियल्सच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक, त्याच्या पृष्ठभागावरील क्रियाकलाप आणि प्रतिक्रिया कार्यक्षमता सुधारणे अनुकूल आहे.

✔ रासायनिक गुणधर्म

रासायनिक स्थिरता: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईडमध्ये स्थिर रासायनिक गुणधर्म आहेत आणि विविध वातावरणात त्याची कार्यक्षमता बदलू शकते.

अँटीऑक्सिडेशन: हे उच्च तापमानात ऑक्सिडेशनचा प्रतिकार करू शकते आणि उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध दर्शविते.

✔विद्युत गुणधर्म

उच्च बँडगॅप: उच्च बँडगॅप उच्च-वारंवारता, उच्च-शक्ती आणि कमी उर्जा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करण्यासाठी एक आदर्श सामग्री बनवते.

उच्च इलेक्ट्रॉन संपृक्तता गतिशीलता: हे इलेक्ट्रॉनच्या वेगवान प्रसारासाठी अनुकूल आहे.

✔इतर वैशिष्ट्ये

मजबूत रेडिएशन प्रतिरोध: ते रेडिएशन वातावरणात स्थिर कामगिरी राखू शकते.

चांगले यांत्रिक गुणधर्म: यात उच्च लवचिक मॉड्यूलस सारख्या उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म आहेत.

Sic नॅनोमेटेरियल्सचा वापर

इलेक्ट्रॉनिक्स आणि सेमीकंडक्टर डिव्हाइस: उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आणि उच्च-तापमान स्थिरतेमुळे, नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईड उच्च-शक्ती इलेक्ट्रॉनिक घटक, उच्च-वारंवारता उपकरणे, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणात वापरला जातो. त्याच वेळी, सेमीकंडक्टर डिव्हाइस मॅन्युफॅक्चरिंगसाठी हे एक आदर्श साहित्य देखील आहे.

ऑप्टिकल अनुप्रयोग: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईडमध्ये विस्तृत बँडगॅप आणि उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत आणि उच्च-कार्यक्षमता लेसर, एलईडी, फोटोव्होल्टिक डिव्हाइस इ. तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

यांत्रिक भाग: त्याच्या उच्च कडकपणाचा आणि पोशाख प्रतिकारांचा फायदा घेत, नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईडमध्ये यांत्रिक भागांच्या निर्मितीमध्ये विस्तृत अनुप्रयोग आहेत, जसे की हाय-स्पीड कटिंग टूल्स, बीयरिंग्ज, मेकॅनिकल सील इत्यादी, जे त्या भागांच्या पोशाख प्रतिकार आणि सेवा जीवनात मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकतात.

नॅनोकॉम्पोजिट सामग्री: यांत्रिक गुणधर्म, थर्मल चालकता आणि सामग्रीच्या गंज प्रतिकार सुधारण्यासाठी नॅनो-सिलिकॉन कार्बाईड इतर सामग्रीसह एकत्रित केले जाऊ शकते. ही नॅनोकॉम्पोजिट सामग्री एरोस्पेस, ऑटोमोटिव्ह उद्योग, उर्जा क्षेत्र इ. मध्ये मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते.

उच्च तापमान स्ट्रक्चरल सामग्री: नॅनोसिलिकॉन कार्बाईडउत्कृष्ट तापमान स्थिरता आणि गंज प्रतिकार आहे आणि अत्यंत उच्च तापमान वातावरणात वापरला जाऊ शकतो. म्हणूनच, हे एरोस्पेस, पेट्रोकेमिकल, धातुशास्त्र आणि उत्पादनासारख्या इतर क्षेत्रांमध्ये उच्च तापमान स्ट्रक्चरल सामग्री म्हणून वापरले जातेउच्च तापमान भट्टी, भट्टी नळ्या, फर्नेस लाइनिंग्ज इ.

इतर अनुप्रयोग: नॅनो सिलिकॉन कार्बाईड हायड्रोजन स्टोरेज, फोटोकॅटालिसिस आणि सेन्सिंगमध्ये देखील वापरला जातो, ज्यामध्ये विस्तृत अनुप्रयोग संभावना दर्शविली जाते.