炭化シリコンナノ材料

炭化シリコンナノ材料

炭化シリコンナノ材料（sicナノ材料）は、で構成される材料を指します炭化シリコン（原文）ナノメートルスケール（通常は1〜100nmと定義される）で3次元空間で少なくとも1つの寸法があります。炭化シリコンナノ材料は、構造に応じて、ゼロ次元、1次元、2次元、3次元構造に分類できます。

ゼロ次元ナノ構造すべての寸法がナノメートルスケールにある構造であり、主に固体ナノクリスタル、中空のナノスフェア、中空のナノケージ、コアシェルナノスフェアを含む構造です。

一次元ナノ構造2次元が3次元空間のナノメートルスケールに限定される構造を参照してください。この構造には、ナノワイヤ（固体中心）、ナノチューブ（中空中心）、ナノベルトまたはナノベルト（狭い長方形の断面）、ナノプリズム（プリズム型の断面）など、多くの形態があります。この構造は、メソスコピック物理学とナノスケールデバイスの製造における独自のアプリケーションにより、集中的な研究の焦点となっています。たとえば、一次元ナノ構造のキャリアは、構造の一方向（つまり、ナノワイヤまたはナノチューブの縦方向）の一方方向にのみ伝播し、ナノエレクトロニクスの相互接続および主要デバイスとして使用できます。

二次元ナノ構造、ナノスシート、ナノシート、ナノシート、ナノスフェアなど、通常は層面に垂直に、ナノスケールに1つの寸法しかないもので、最近、成長メカニズムの基本的な理解だけでなく、光エミッター、センサー、ソラーセルなどでの潜在的なアプリケーションを探索するためにも特別な注意を払っています。

三次元ナノ構造通常、複雑なナノ構造と呼ばれます。これは、ゼロ次元、1次元、および2次元の1つまたは複数の基本構造単位のコレクション（単結晶接合に関連するナノワイヤまたはナノロッドなど）によって形成され、全体的な地質次元はナノメートルまたはマイクロメートルのスケールにあります。単位体積あたりの表面積が高いこのような複雑なナノ構造は、効率的な光吸収、速い界面電荷移動、調整可能な電荷輸送機能のための長い光学経路など、多くの利点を提供します。これらの利点により、3次元ナノ構造が将来のエネルギー変換と貯蔵アプリケーションで設計を進めることができます。 0Dから3D構造から、さまざまなナノ材料が研究され、徐々に産業と日常生活に導入されています。

SICナノ材料の合成方法

ゼロ次元材料は、ホットメルト法、電気化学エッチング法、レーザー熱分解法などによって合成できます。SICソリッド図1に示すように、数ナノメートルから数十ナノメートルまでのナノメートルから数十のナノメートルまでのナノ結晶がありますが、通常は擬似球状です。

図1さまざまな方法で調製されたβ-SICナノ結晶のTEM画像

（a）溶剤合成[34]; （b）電気化学エッチング法[35]; （c）熱処理[48]; （d）レーザー熱分解[49]

Dasog et al。図2に示すように、SiO2、Mg、およびC粉末の間の固体二重分解反応により、制御可能なサイズと透明な構造を持つ球状β-SICナノ結晶を合成しました。

図2異なる直径の球状SICナノ結晶のFESEM画像[55]

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

SICナノワイヤを栽培するための蒸気相法。気相合成は、SICナノワイヤを形成するための最も成熟した方法です。典型的なプロセスでは、最終生成物を形成するために反応物として使用される蒸気物質は、蒸発、化学還元、気体反応（高温が必要）によって生成されます。高温は追加のエネルギー消費を増加させますが、この方法で成長したSICナノワイヤは、通常、図3に示すように、通常、結晶の完全性、透明なナノワイヤ/ナノロッド、ナノロッド、ナノチューブ、ナノベルト、ナノ濃縮などを高くしています。

図3一次元SICナノ構造の典型的な形態 

（a）炭素繊維上のナノワイヤアレイ。 （b）ni-siボールのウルトラロングナノワイヤ。 （c）ナノワイヤ。 （d）ナノプリズム; （e）Nanobamboo; （f）nanoneedles; （g）ナノボン; （h）ナノチン; （i）ナノチューブ

SICナノワイヤの調製のためのソリューション方法。ソリューション法は、SICナノワイヤの調製に使用され、反応温度が低下します。この方法には、自発的な化学物質還元または比較的穏やかな温度での他の反応を介した溶液相前駆体の結晶化が含まれる場合があります。溶液法の代表として、溶剤合成と熱水合成は、低温でSICナノワイヤを取得するために一般的に使用されてきました。

二次元ナノ材料は、溶剤法、パルスレーザー、炭素熱還元、機械的剥離、およびマイクロ波血漿を強化することで調製できます。CVD。 Ho et al。図4に示すように、ナノワイヤの花の形状の3D SICナノ構造を実現しました。SEM画像は、花のような構造の直径が1〜2μmで長さ3〜5μmのことを示しています。

図4三次元SICナノワイヤの花のSEM画像

SICナノ材料のパフォーマンス

SICナノ材料は、優れた性能を備えた高度なセラミック素材であり、優れた物理的、化学的、電気的、その他の特性を備えています。

✔ 物理的特性

高い硬度：炭化ナノシリコンの微小硬度は、コランダムとダイヤモンドの間にあり、その機械的強度はコランダムの強さよりも高くなっています。耐摩耗性が高く、自己潤滑が良好です。

高い熱伝導率：ナノシリコン炭化物は優れた熱伝導率を持ち、優れた熱伝導材です。

低熱膨張係数：これにより、ナノシリコン炭化物は、高温条件下で安定したサイズと形状を維持できます。

高い特定の表面積：ナノ材料の特性の1つは、表面の活動と反応性能を改善することを助長します。

✔ 化学的性質

化学物質の安定性：ナノシリコン炭化物には安定した化学的特性があり、さまざまな環境で変化しない性能を維持できます。

抗酸化：高温での酸化に耐えることができ、優れた高温耐性を示します。

✔電気

ハイバンドギャップ：ハイバンドギャップは、高周波、高出力、および低エネルギーの電子デバイスを作成するのに理想的な素材です。

高電子飽和移動度：電子の迅速な伝達を助長します。

✔その他の特性

強い放射線耐性：放射線環境で安定した性能を維持できます。

優れた機械的特性：高弾性率などの優れた機械的特性を備えています。

SICナノ材料の適用

エレクトロニクスおよび半導体デバイス：その優れた電子特性と高温安定性により、ナノシリコン炭化物は、高出力の電子コンポーネント、高周波デバイス、光電子成分、およびその他のフィールドで広く使用されています。同時に、半導体デバイスを製造するのに理想的な材料の1つでもあります。

光アプリケーション：ナノシリコンカーバイドには、広いバンドギャップと優れた光学特性があり、高性能レーザー、LED、太陽光発電デバイスなどの製造に使用できます。

機械部品：硬度と耐摩耗性を活用して、ナノシリコン炭化物は、高速切削工具、ベアリング、機械シールなどの機械部品の製造に幅広い用途を持ち、部品の耐摩耗性とサービス寿命を大幅に改善できます。

ナノコンポジット材料：ナノシリコン炭化物を他の材料と組み合わせてナノコンポジットを形成して、機械的特性、熱伝導率、材料の耐食性を改善できます。このナノコンポジット材料は、航空宇宙、自動車産業、エネルギー分野などで広く使用されています。

高温構造材料：ナノ炭化シリコン優れた高温の安定性と耐食性があり、極端な高温環境で使用できます。したがって、航空宇宙、石油化学、冶金、および製造などの他の分野の高温構造材料として使用されます高温炉, 炉チューブ、炉の裏地など

その他のアプリケーション：ナノシリコンカーバイドは、水素貯蔵、光触媒、およびセンシングにも使用されており、幅広い用途の見通しを示しています。