सिलिकॉन कार्बाइड नैनोमैटेरियल्स

सिलिकॉन कार्बाइड नैनोमैटेरियल्स

सिलिकॉन कार्बाइड नैनोमैटेरियल्स (sic nanomaterials) से बनी सामग्री का उल्लेख हैसिलिकॉन कार्बाइड (एसआईसी)तीन आयामी स्थान में नैनोमीटर पैमाने (आमतौर पर 1-100nm के रूप में परिभाषित) में कम से कम एक आयाम के साथ। सिलिकॉन कार्बाइड नैनोमैटेरियल्स को उनकी संरचना के अनुसार शून्य-आयामी, एक-आयामी, दो-आयामी और तीन आयामी संरचनाओं में वर्गीकृत किया जा सकता है।

शून्य-आयामी नैनोस्ट्रक्चरऐसी संरचनाएं हैं जिनके सभी आयाम नैनोमीटर पैमाने पर हैं, मुख्य रूप से ठोस नैनोक्रिस्टल, खोखले नैनोस्फेयर, खोखले नैनोकेज और कोर-शेल नैनोस्फेयर शामिल हैं।

एक आयामी नैनोस्ट्रक्चरउन संरचनाओं का संदर्भ लें जिनमें दो आयाम तीन-आयामी स्थान में नैनोमीटर पैमाने तक सीमित हैं। इस संरचना में कई रूप हैं, जिनमें नैनोवायर (ठोस केंद्र), नैनोट्यूब (खोखले केंद्र), नैनोबेल्ट या नैनोबेल्ट (संकीर्ण आयताकार क्रॉस-सेक्शन) और नैनोप्रिज्म (प्रिज्म के आकार का क्रॉस-सेक्शन) शामिल हैं। यह संरचना मेसोस्कोपिक भौतिकी और नैनोस्केल डिवाइस विनिर्माण में अपने अनूठे अनुप्रयोगों के कारण गहन अनुसंधान का ध्यान केंद्रित हो गई है। उदाहरण के लिए, एक-आयामी नैनोस्ट्रक्चर में वाहक केवल संरचना की एक दिशा में फैल सकते हैं (यानी, नैनोवायर या नैनोट्यूब की अनुदैर्ध्य दिशा), और इसका उपयोग नैनोइलेक्ट्रॉनिक में इंटरकनेक्ट और प्रमुख उपकरणों के रूप में किया जा सकता है।

दो आयामी नैनोस्ट्रक्चर, जो नैनोस्केल में केवल एक आयाम है, आमतौर पर उनकी परत विमान के लिए लंबवत, जैसे कि नैनोसेट, नैनोसेट, नैनोसेट और नैनोस्फेयर्स, को हाल ही में विशेष ध्यान दिया गया है, न केवल उनके विकास तंत्र की बुनियादी समझ के लिए, बल्कि प्रकाश एमिटरों, सेंसर, सोलर सेल में उनके संभावित अनुप्रयोगों की खोज के लिए भी।

तीन आयामी नैनोस्ट्रक्चरआमतौर पर जटिल नैनोस्ट्रक्चर कहा जाता है, जो शून्य-आयामी, एक-आयामी, और दो-आयामी (जैसे कि नैनोवायर या एकल क्रिस्टल जंक्शनों से जुड़े नैनोरोड्स) में एक या अधिक बुनियादी संरचनात्मक इकाइयों के संग्रह द्वारा बनते हैं, और उनके समग्र ज्यामितीय आयाम नैनोमीटर या माइक्रोमीटर पैमाने पर होते हैं। प्रति यूनिट मात्रा में उच्च सतह क्षेत्र के साथ इस तरह के जटिल नैनोस्ट्रक्चर कई फायदे प्रदान करते हैं, जैसे कि कुशल प्रकाश अवशोषण, तेजी से इंटरफेसियल चार्ज ट्रांसफर और ट्यून करने योग्य चार्ज परिवहन क्षमताओं के लिए लंबे ऑप्टिकल पथ। ये लाभ भविष्य के ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण अनुप्रयोगों में डिजाइन को आगे बढ़ाने के लिए तीन-आयामी नैनोस्ट्रक्चर को सक्षम करते हैं। 0D से 3 डी संरचनाओं से, नैनोमैटेरियल्स की एक विस्तृत विविधता का अध्ययन किया गया है और धीरे -धीरे उद्योग और दैनिक जीवन में पेश किया गया है।

सिस नैनोमैटेरियल्स के संश्लेषण के तरीके

शून्य-आयामी सामग्री को गर्म पिघल विधि, विद्युत रासायनिक नक़्क़ाशी विधि, लेजर पायरोलिसिस विधि, आदि द्वारा संश्लेषित किया जा सकता हैठोसकुछ नैनोमीटर से लेकर दसियों नैनोमीटर तक नैनोक्रिस्टल, लेकिन आमतौर पर छद्म-गोलाकार होते हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्रा 1 टीईएम छवियों की β-Sic नैनोक्रिस्टल की छवियां अलग-अलग तरीकों से तैयार की गईं

(ए) सॉल्वोथर्मल संश्लेषण [34]; (बी) विद्युत रासायनिक नक़्क़ाशी विधि [35]; (सी) थर्मल प्रसंस्करण [48]; (डी) लेजर पायरोलिसिस [४ ९]

दासोग एट अल। SIO2, Mg और C पाउडर [55] के बीच ठोस-राज्य डबल अपघटन प्रतिक्रिया द्वारा नियंत्रणीय आकार और स्पष्ट संरचना के साथ संश्लेषित गोलाकार β-SIC नैनोक्रिस्टल, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

चित्रा 2 अलग -अलग व्यास के साथ गोलाकार sic नैनोक्रिस्टल की fesem चित्र [55]

(ए) 51.3 ± 5.5 एनएम; (बी) 92.8 ± 6.6 एनएम; (c) 278.3 ± 8.2 एनएम

बढ़ते sic nanowires के लिए वाष्प चरण विधि। एसआईसी नैनोवायर बनाने के लिए गैस चरण संश्लेषण सबसे परिपक्व विधि है। एक विशिष्ट प्रक्रिया में, अंतिम उत्पाद बनाने के लिए अभिकारकों के रूप में उपयोग किए जाने वाले वाष्प पदार्थों को वाष्पीकरण, रासायनिक कमी और गैसीय प्रतिक्रिया (उच्च तापमान की आवश्यकता) द्वारा उत्पन्न किया जाता है। यद्यपि उच्च तापमान अतिरिक्त ऊर्जा की खपत को बढ़ाता है, इस पद्धति से उगाए गए एसआईसी नैनोवायर में आमतौर पर उच्च क्रिस्टल अखंडता, स्पष्ट नैनोवायर्स/नैनोरोड्स, नैनोप्रिज्म, नैनोनडल्स, नैनोट्यूब, नैनोबेल्ट्स, नैनोकैबल्स आदि होते हैं, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

चित्रा 3 एक-आयामी sic नैनोस्ट्रक्चर के विशिष्ट आकारिकी 

(ए) कार्बन फाइबर पर नैनोवायर सरणियाँ; (बी) नी-सी गेंदों पर अल्ट्रालॉन्ग नैनोवायर; (ग) नैनोवायर; (डी) नैनोप्रिज्म; (ई) नैनोबेम्बू; (च) नैनोनडल्स; (छ) नैनोबोन्स; (ज) नैनोचेन; (i) नैनोट्यूब

Sic nanowires की तैयारी के लिए समाधान विधि। समाधान विधि का उपयोग एसआईसी नैनोवायर तैयार करने के लिए किया जाता है, जो प्रतिक्रिया तापमान को कम करता है। विधि में अपेक्षाकृत हल्के तापमान पर सहज रासायनिक कमी या अन्य प्रतिक्रियाओं के माध्यम से एक समाधान चरण अग्रदूत को क्रिस्टलीकृत करना शामिल हो सकता है। समाधान विधि के प्रतिनिधियों के रूप में, सॉल्वोथर्मल संश्लेषण और हाइड्रोथर्मल संश्लेषण का उपयोग आमतौर पर कम तापमान पर एसआईसी नैनोवायर प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

द्वि-आयामी नैनोमैटेरियल्स को सॉल्वोथर्मल तरीकों, स्पंदित लेज़रों, कार्बन थर्मल कमी, यांत्रिक एक्सफोलिएशन और माइक्रोवेव प्लाज्मा द्वारा तैयार किया जा सकता हैसीवीडी। हो एट अल। एक नैनोवायर फूल के आकार में एक 3 डी एसआईसी नैनोस्ट्रक्चर का एहसास हुआ, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। एसईएम छवि से पता चलता है कि फूल जैसी संरचना में 1-2 माइक्रोन का व्यास और 3-5 माइक्रोन की लंबाई होती है।

चित्रा 4 एक तीन आयामी sic नैनोवायर फूल की SEM छवि

Sic nanomaterials का प्रदर्शन

एसआईसी नैनोमैटेरियल्स उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ एक उन्नत सिरेमिक सामग्री है, जिसमें अच्छे भौतिक, रासायनिक, विद्युत और अन्य गुण हैं।

✔ भौतिक गुण

उच्च कठोरता: नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड की माइक्रोहार्डनेस कोरंडम और हीरे के बीच है, और इसकी यांत्रिक शक्ति कोरंडम की तुलना में अधिक है। इसमें उच्च पहनने का प्रतिरोध और अच्छा आत्म-परिवर्तन होता है।

उच्च तापीय चालकता: नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड में उत्कृष्ट तापीय चालकता है और एक उत्कृष्ट थर्मल प्रवाहकीय सामग्री है।

कम थर्मल विस्तार गुणांक: यह नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड को उच्च तापमान की स्थिति में एक स्थिर आकार और आकार बनाए रखने की अनुमति देता है।

उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र: नैनोमैटेरियल्स की विशेषताओं में से एक, यह अपनी सतह गतिविधि और प्रतिक्रिया प्रदर्शन में सुधार के लिए अनुकूल है।

✔ रासायनिक गुण

रासायनिक स्थिरता: नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड में स्थिर रासायनिक गुण होते हैं और यह विभिन्न वातावरणों के तहत अपने प्रदर्शन को अपरिवर्तित बनाए रख सकता है।

एंटीऑक्सिडेशन: यह उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण का विरोध कर सकता है और उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध प्रदर्शित करता है।

✔विद्युत गुण

उच्च बैंडगैप: उच्च बैंडगैप इसे उच्च आवृत्ति, उच्च-शक्ति और कम-ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बनाने के लिए एक आदर्श सामग्री बनाता है।

उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति गतिशीलता: यह इलेक्ट्रॉनों के तेजी से संचरण के लिए अनुकूल है।

✔अन्य विशेषताएँ

मजबूत विकिरण प्रतिरोध: यह एक विकिरण वातावरण में स्थिर प्रदर्शन को बनाए रख सकता है।

अच्छे यांत्रिक गुण: इसमें उच्च लोचदार मापांक जैसे उत्कृष्ट यांत्रिक गुण होते हैं।

Sic nanomaterials का अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक उपकरण: इसके उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुणों और उच्च तापमान स्थिरता के कारण, नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड का व्यापक रूप से उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक घटकों, उच्च-आवृत्ति वाले उपकरणों, ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक घटकों और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। इसी समय, यह अर्धचालक उपकरणों के निर्माण के लिए आदर्श सामग्रियों में से एक है।

ऑप्टिकल अनुप्रयोग: नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड में एक विस्तृत बैंडगैप और उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण हैं, और उच्च प्रदर्शन लेज़रों, एलईडी, फोटोवोल्टिक उपकरणों, आदि के निर्माण के लिए उपयोग किया जा सकता है।

यांत्रिक भाग: इसकी उच्च कठोरता और पहनने के प्रतिरोध का लाभ उठाते हुए, नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड में यांत्रिक भागों के निर्माण में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जैसे कि उच्च गति वाले काटने वाले उपकरण, बीयरिंग, यांत्रिक सील, आदि, जो भागों के पहनने के प्रतिरोध और सेवा जीवन में बहुत सुधार कर सकते हैं।

नैनोकम्पोजिट सामग्री: नैनो-सिलिकॉन कार्बाइड को अन्य सामग्रियों के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि सामग्री के यांत्रिक गुणों, तापीय चालकता और संक्षारण प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए नैनोकम्पोजिट्स बनाया जा सके। यह नैनोकम्पोजिट सामग्री व्यापक रूप से एयरोस्पेस, मोटर वाहन उद्योग, ऊर्जा क्षेत्र, आदि में उपयोग की जाती है।

उच्च तापमान संरचनात्मक सामग्री: नैनोसिलिकन कार्बाइडउत्कृष्ट उच्च तापमान स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध है, और इसका उपयोग अत्यधिक उच्च तापमान वातावरण में किया जा सकता है। इसलिए, इसका उपयोग एयरोस्पेस, पेट्रोकेमिकल, धातुकर्म और अन्य क्षेत्रों में एक उच्च तापमान संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाता है, जैसे कि विनिर्माणउच्च तापमान भटियाँ, भट्ठी ट्यूब, भट्ठी लाइनिंग, आदि।

अन्य अनुप्रयोग: नैनो सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग हाइड्रोजन भंडारण, फोटोकैटलिसिस और सेंसिंग में भी किया जाता है, जो व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं को दर्शाता है।