सिलिकॉन कार्बाइड नॅनोमटेरियल्स

सिलिकॉन कार्बाइड नॅनोमटेरियल्स

सिलिकॉन कार्बाइड नॅनोमटेरिअल्स (SiC नॅनोमटेरिअल्स) बनलेल्या सामग्रीचा संदर्भ देतेसिलिकॉन कार्बाइड (SiC)त्रिमितीय जागेत नॅनोमीटर स्केलमध्ये (सामान्यत: 1-100nm म्हणून परिभाषित) कमीतकमी एका परिमाणासह. सिलिकॉन कार्बाइड नॅनोमटेरियल्सचे त्यांच्या संरचनेनुसार शून्य-आयामी, एक-आयामी, द्वि-आयामी आणि त्रिमितीय संरचनांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते.

शून्य-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्सअशा रचना आहेत ज्यांची सर्व परिमाणे नॅनोमीटर स्केलवर आहेत, ज्यात मुख्यत्वे घन नॅनोक्रिस्टल्स, पोकळ नॅनोस्फीअर, पोकळ नॅनोकेज आणि कोर-शेल नॅनोस्फीअर यांचा समावेश आहे.

एक-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्सस्ट्रक्चर्सचा संदर्भ घ्या ज्यामध्ये त्रि-आयामी जागेत दोन आयाम नॅनोमीटर स्केलपर्यंत मर्यादित आहेत. या संरचनेत नॅनोवायर (घन केंद्र), नॅनोट्यूब (पोकळ केंद्र), नॅनोबेल्ट किंवा नॅनोबेल्ट (अरुंद आयताकृती क्रॉस-सेक्शन) आणि नॅनोप्रिझम (प्रिझम-आकाराचा क्रॉस-सेक्शन) यासह अनेक प्रकार आहेत. मेसोस्कोपिक फिजिक्स आणि नॅनोस्केल उपकरण निर्मितीमधील अद्वितीय अनुप्रयोगांमुळे ही रचना गहन संशोधनाचा केंद्रबिंदू बनली आहे. उदाहरणार्थ, एक-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्समधील वाहक केवळ संरचनेच्या एका दिशेने (म्हणजेच, नॅनोवायर किंवा नॅनोट्यूबची रेखांशाची दिशा) प्रसार करू शकतात आणि नॅनोइलेक्ट्रॉनिकमध्ये इंटरकनेक्ट आणि मुख्य उपकरण म्हणून वापरले जाऊ शकतात.

द्विमितीय नॅनोस्ट्रक्चर्स, ज्यांचे नॅनोस्केलवर फक्त एकच परिमाण असते, सामान्यत: त्यांच्या लेयर प्लेनला लंब असतात, जसे की नॅनोशीट्स, नॅनोशीट्स, नॅनोशीट्स आणि नॅनोस्फियर्स, अलीकडे विशेष लक्ष वेधले गेले आहे, केवळ त्यांच्या वाढीच्या यंत्रणेच्या मूलभूत समजासाठीच नाही तर त्यांची क्षमता शोधण्यासाठी देखील. प्रकाश उत्सर्जक, सेन्सर्स, सौर पेशी इ.

त्रिमितीय नॅनोस्ट्रक्चर्ससामान्यत: जटिल नॅनोस्ट्रक्चर असे म्हणतात, जे शून्य-आयामी, एक-आयामी आणि द्विमितीय (जसे की एकल क्रिस्टल जंक्शनने जोडलेले नॅनोवायर किंवा नॅनोरोड्स) मध्ये एक किंवा अधिक मूलभूत संरचनात्मक एककांच्या संकलनाद्वारे तयार केले जातात आणि त्यांचे एकूण भौमितिक परिमाण. नॅनोमीटर किंवा मायक्रोमीटर स्केलवर आहेत. प्रति युनिट व्हॉल्यूम उच्च पृष्ठभागाच्या क्षेत्रासह अशा जटिल नॅनोस्ट्रक्चर्स कार्यक्षम प्रकाश शोषणासाठी लांब ऑप्टिकल मार्ग, जलद इंटरफेसियल चार्ज ट्रान्सफर आणि ट्यून करण्यायोग्य चार्ज वाहतूक क्षमता यासारखे अनेक फायदे देतात. हे फायदे त्रि-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्स भविष्यातील ऊर्जा रूपांतरण आणि स्टोरेज ऍप्लिकेशन्समध्ये डिझाईन विकसित करण्यास सक्षम करतात. 0D ते 3D संरचना, विविध प्रकारच्या नॅनोमटेरियल्सचा अभ्यास केला गेला आहे आणि हळूहळू उद्योग आणि दैनंदिन जीवनात परिचय झाला आहे.

SiC nanomaterials च्या संश्लेषण पद्धती

शून्य-आयामी सामग्री गरम वितळण्याची पद्धत, इलेक्ट्रोकेमिकल एचिंग पद्धत, लेसर पायरोलिसिस पद्धत इत्यादीद्वारे संश्लेषित केली जाऊ शकते.SiC घननॅनोक्रिस्टल्स काही नॅनोमीटरपासून ते दहापट नॅनोमीटरपर्यंत असतात, परंतु आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे ते सहसा स्यूडो-गोलाकार असतात.

आकृती 1 विविध पद्धतींनी तयार केलेल्या β-SiC नॅनोक्रिस्टल्सच्या TEM प्रतिमा

(a) सॉल्व्होथर्मल संश्लेषण[34]; (ब) इलेक्ट्रोकेमिकल एचिंग पद्धत[३५]; (c) थर्मल प्रोसेसिंग[४८]; (d) लेसर पायरोलिसिस[49]

दासोग आणि इतर. आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, SiO2, Mg आणि C पावडर[५५] मधील घन-स्थिती दुहेरी विघटन अभिक्रियाद्वारे नियंत्रित आकार आणि स्पष्ट रचना असलेले गोलाकार β-SiC नॅनोक्रिस्टल्सचे संश्लेषित.

आकृती 2 भिन्न व्यास असलेल्या गोलाकार SiC नॅनोक्रिस्टल्सच्या FESEM प्रतिमा[55]

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

SiC nanowires वाढवण्यासाठी बाष्प फेज पद्धत. SiC nanowires तयार करण्यासाठी गॅस फेज संश्लेषण ही सर्वात परिपक्व पद्धत आहे. ठराविक प्रक्रियेत, अंतिम उत्पादन तयार करण्यासाठी अभिक्रियाक म्हणून वापरले जाणारे बाष्प पदार्थ बाष्पीभवन, रासायनिक घट आणि वायू प्रतिक्रिया (उच्च तापमान आवश्यक) द्वारे तयार केले जातात. जरी उच्च तापमानामुळे अतिरिक्त ऊर्जेचा वापर वाढतो, तरी या पद्धतीने वाढलेल्या SiC नॅनोवायरमध्ये सामान्यतः उच्च क्रिस्टल इंटिग्रिटी, क्लिअर नॅनोवायर/नॅनोरोड्स, नॅनोप्रिझम, नॅनोनीडल्स, नॅनोट्यूब, नॅनोबेल्ट, नॅनोकेबल्स इ. असतात, आकृती 3 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.

आकृती 3 एक-आयामी SiC नॅनोस्ट्रक्चर्सचे ठराविक आकारविज्ञान 

(a) कार्बन तंतूंवर नॅनोवायर ॲरे; (b) Ni-Si चेंडूंवर अल्ट्रालाँग नॅनोवायर; (c) Nanowires; (d) नॅनोप्रिझम; (ई) नॅनोबांबू; (f) नॅनोनीडल्स; (g) नॅनोबोन्स; (h) नॅनोचेन्स; (i) नॅनोट्यूब

SiC nanowires तयार करण्यासाठी उपाय पद्धत. सोल्युशन पद्धत SiC nanowires तयार करण्यासाठी वापरली जाते, ज्यामुळे प्रतिक्रिया तापमान कमी होते. या पद्धतीमध्ये तुलनेने सौम्य तापमानात उत्स्फूर्त रासायनिक घट किंवा इतर प्रतिक्रियांद्वारे सोल्यूशन फेज प्रिकर्सरचे क्रिस्टलाइझ करणे समाविष्ट असू शकते. सोल्युशन पद्धतीचे प्रतिनिधी म्हणून, कमी तापमानात SiC नॅनोवायर मिळविण्यासाठी सॉल्व्होथर्मल सिंथेसिस आणि हायड्रोथर्मल सिंथेसिसचा वापर केला जातो.

द्विमितीय नॅनोमटेरिअल्स सॉल्व्होथर्मल पद्धती, स्पंदित लेसर, कार्बन थर्मल रिडक्शन, यांत्रिक एक्सफोलिएशन आणि मायक्रोवेव्ह प्लाझ्मा वर्धित करून तयार केले जाऊ शकतात.CVD. हो वगैरे. आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, नॅनोवायर फ्लॉवरच्या आकारात 3D SiC नॅनोस्ट्रक्चर लक्षात आले. SEM प्रतिमा दर्शवते की फुलासारख्या रचनाचा व्यास 1-2 μm आणि लांबी 3-5 μm आहे.

आकृती 4 त्रिमितीय SiC nanowire फुलाची SEM प्रतिमा

SiC नॅनोमटेरियल्सची कामगिरी

SiC नॅनोमटेरिअल्स ही उत्कृष्ट कार्यक्षमतेसह एक प्रगत सिरेमिक सामग्री आहे, ज्यामध्ये चांगले भौतिक, रासायनिक, विद्युत आणि इतर गुणधर्म आहेत.

✔ भौतिक गुणधर्म

उच्च कडकपणा: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडची मायक्रोहार्डनेस कोरंडम आणि डायमंड यांच्यामध्ये असते आणि त्याची यांत्रिक ताकद कोरंडमपेक्षा जास्त असते. यात उच्च पोशाख प्रतिरोध आणि चांगले स्व-स्नेहन आहे.

उच्च थर्मल चालकता: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये उत्कृष्ट थर्मल चालकता आहे आणि ती एक उत्कृष्ट थर्मल चालकता आहे.

कमी थर्मल विस्तार गुणांक: हे उच्च तापमान परिस्थितीत नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडला स्थिर आकार आणि आकार राखण्यास अनुमती देते.

उच्च विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ: नॅनोमटेरियलच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक, ते पृष्ठभागावरील क्रियाकलाप आणि प्रतिक्रिया कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी अनुकूल आहे.

✔ रासायनिक गुणधर्म

रासायनिक स्थिरता: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये स्थिर रासायनिक गुणधर्म आहेत आणि विविध वातावरणात त्याचे कार्यप्रदर्शन अपरिवर्तित राखू शकते.

अँटिऑक्सिडेशन: ते उच्च तापमानात ऑक्सिडेशनला प्रतिकार करू शकते आणि उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध दर्शवते.

✔विद्युत गुणधर्म

उच्च बँडगॅप: उच्च-फ्रिक्वेंसी, उच्च-शक्ती आणि कमी-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे बनवण्यासाठी उच्च बँडगॅप एक आदर्श सामग्री बनवते.

उच्च इलेक्ट्रॉन संपृक्तता गतिशीलता: हे इलेक्ट्रॉनच्या जलद प्रसारणासाठी अनुकूल आहे.

✔इतर वैशिष्ट्ये

मजबूत किरणोत्सर्ग प्रतिकार: ते रेडिएशन वातावरणात स्थिर कामगिरी राखू शकते.

चांगले यांत्रिक गुणधर्म: यात उच्च लवचिक मॉड्यूलससारखे उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म आहेत.

SiC नॅनोमटेरियल्सचा वापर

इलेक्ट्रॉनिक्स आणि सेमीकंडक्टर उपकरणे: उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आणि उच्च-तापमान स्थिरतेमुळे, नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडचा वापर उच्च-शक्तीचे इलेक्ट्रॉनिक घटक, उच्च-फ्रिक्वेंसी उपकरणे, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक घटक आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. त्याच वेळी, सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या निर्मितीसाठी ही एक आदर्श सामग्री आहे.

ऑप्टिकल अनुप्रयोग: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये विस्तृत बँडगॅप आणि उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत, आणि उच्च-कार्यक्षमता लेझर, एलईडी, फोटोव्होल्टेइक उपकरणे इत्यादी तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

यांत्रिक भाग: त्याच्या उच्च कडकपणाचा आणि पोशाख प्रतिरोधकतेचा फायदा घेऊन, नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये यांत्रिक भागांच्या निर्मितीमध्ये मोठ्या प्रमाणात ऍप्लिकेशन्स आहेत, जसे की हाय-स्पीड कटिंग टूल्स, बेअरिंग्ज, मेकॅनिकल सील इ, ज्यामुळे पोशाख मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकतो. भागांचे प्रतिकार आणि सेवा जीवन.

नॅनोकंपोझिट साहित्य: नॅनो-सिलिकॉन कार्बाइड इतर सामग्रीसह एकत्र करून नॅनोकॉम्पोझिट तयार करू शकतात ज्यामुळे यांत्रिक गुणधर्म, थर्मल चालकता आणि सामग्रीची गंज प्रतिरोधकता सुधारते. ही नॅनोकंपोझिट सामग्री एरोस्पेस, ऑटोमोटिव्ह उद्योग, ऊर्जा क्षेत्र इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

उच्च तापमान स्ट्रक्चरल साहित्य: नॅनोसिलिकॉन कार्बाइडउत्कृष्ट उच्च तापमान स्थिरता आणि गंज प्रतिरोधक आहे, आणि अत्यंत उच्च तापमान वातावरणात वापरले जाऊ शकते. म्हणून, हे एरोस्पेस, पेट्रोकेमिकल, धातूशास्त्र आणि उत्पादनासारख्या इतर क्षेत्रांमध्ये उच्च तापमानाची संरचनात्मक सामग्री म्हणून वापरली जाते.उच्च तापमान भट्टी, भट्टीच्या नळ्या, भट्टीचे अस्तर इ.

इतर अनुप्रयोग: नॅनो सिलिकॉन कार्बाइडचा वापर हायड्रोजन स्टोरेज, फोटोकॅटॅलिसिस आणि सेन्सिंगमध्ये देखील केला जातो, ज्यामध्ये मोठ्या प्रमाणावर ऍप्लिकेशनची संभावना दिसून येते.