탄화규소 나노물질

탄화규소 나노물질

탄화규소 나노물질(SiC 나노물질)은 다음과 같이 구성된 물질을 말한다.탄화규소(SiC)3차원 공간에서 나노미터 규모(보통 1~100nm로 정의됨)의 차원이 하나 이상 있습니다. 탄화규소 나노물질은 구조에 따라 0차원, 1차원, 2차원, 3차원 구조로 분류할 수 있다.

0차원 나노구조주로 고체 나노결정, 속이 빈 나노구체, 속이 빈 나노케이지 및 코어-쉘 나노구체를 포함하여 모든 치수가 나노미터 규모인 구조입니다.

1차원 나노구조3차원 공간에서 2차원이 나노미터 규모로 제한된 구조를 말합니다. 이 구조는 나노와이어(속이 꽉 찬 중심), 나노튜브(중공 중심), 나노벨트 또는 나노벨트(좁은 직사각형 단면) 및 나노프리즘(프리즘 모양 단면)을 비롯한 다양한 형태를 가지고 있습니다. 이 구조는 Mesoscopic 물리학 및 나노규모 장치 제조에서의 독특한 응용으로 인해 집중적인 연구의 초점이 되었습니다. 예를 들어, 1차원 나노구조의 캐리어는 구조의 한 방향(즉, 나노와이어 또는 나노튜브의 세로 방향)으로만 전파될 수 있으며 나노전자공학의 상호 연결 및 핵심 장치로 사용될 수 있습니다.

2차원 나노구조나노 시트, 나노 시트, 나노 시트 및 나노 구와 같이 일반적으로 층 평면에 수직 인 나노 규모에서 단 하나의 차원만을 갖는 는 최근 성장 메커니즘에 대한 기본적인 이해뿐만 아니라 잠재력 탐구를 위해 특별한 관심을 받았습니다. 발광체, 센서, 태양전지 등에 적용됩니다.

3차원 나노구조일반적으로 복잡한 나노구조라고 불리며, 이는 0차원, 1차원, 2차원(단결정 접합으로 연결된 나노와이어 또는 나노막대 등)의 하나 이상의 기본 구조 단위의 집합과 전체적인 기하학적 치수로 구성됩니다. 나노미터 또는 마이크로미터 단위입니다. 단위 부피당 높은 표면적을 갖는 복잡한 나노구조는 효율적인 광 흡수를 위한 긴 광학 경로, 빠른 계면 전하 이동 및 조정 가능한 전하 이동 기능과 같은 많은 이점을 제공합니다. 이러한 장점을 통해 3차원 나노구조는 미래 에너지 변환 및 저장 응용 분야의 설계를 발전시킬 수 있습니다. 0차원에서 3차원 구조까지 다양한 나노물질이 연구되어 산업과 일상생활에 점차 도입되고 있습니다.

SiC 나노물질의 합성방법

0차원 물질은 핫멜트법, 전기화학적 에칭법, 레이저 열분해법 등으로 합성해 얻을 수 있다.SiC 고체나노결정은 수 나노미터에서 수십 나노미터 범위에 있지만 그림 1에서 볼 수 있듯이 일반적으로 의사구형입니다.

그림 1 다양한 방법으로 제조된 β-SiC 나노결정의 TEM 이미지

(a) 용매열 합성[34]; (B) 전기화학적 에칭 방법[35]; (c) 열처리[48]; (d) 레이저 열분해[49]

Dasoget al. 그림 2와 같이 SiO2, Mg 및 C 분말 사이의 고체 이중 분해 반응을 통해 제어 가능한 크기와 명확한 구조를 갖는 구형 β-SiC 나노 결정을 합성했습니다.

그림 2 직경이 다른 구형 SiC 나노결정의 FESEM 이미지[55]

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

SiC 나노와이어 성장을 위한 기상 방법. 기체상 합성은 SiC 나노와이어를 형성하는 가장 성숙한 방법입니다. 일반적인 공정에서 최종 제품을 형성하기 위해 반응물로 사용되는 증기 물질은 증발, 화학적 환원 및 기체 반응(고온 필요)에 의해 생성됩니다. 고온으로 인해 추가 에너지 소비가 증가하지만 이 방법으로 성장한 SiC 나노와이어는 그림 3에 표시된 것처럼 일반적으로 높은 결정 무결성, 투명한 나노와이어/나노막대, 나노프리즘, 나노니들, 나노튜브, 나노벨트, 나노케이블 등을 갖습니다.

그림 3 1차원 SiC 나노구조의 전형적인 형태 

(a) 탄소 섬유의 나노와이어 어레이; (b) Ni-Si 볼 위의 매우 긴 나노와이어; (c) 나노와이어; (d) 나노프리즘; (e) 나노대나무; (f) 나노니들; (g) 나노본; (h) 나노체인; (i) 나노튜브

SiC 나노와이어 제조를 위한 솔루션 방법. 용액법은 반응 온도를 낮추는 SiC 나노와이어 제조에 사용된다. 방법은 상대적으로 온화한 온도에서 자발적인 화학적 환원 또는 다른 반응을 통해 용액상 전구체를 결정화하는 것을 포함할 수 있습니다. 용액법의 대표적인 방법으로 용매열합성과 수열합성이 저온에서 SiC 나노와이어를 얻기 위해 일반적으로 사용되어 왔다.

2차원 나노물질은 용매열 방법, 펄스 레이저, 탄소 열 환원, 기계적 박리, 마이크로파 플라즈마 강화를 통해 제조 가능CVD. Ho et al. 그림 4와 같이 나노와이어 꽃 모양의 3D SiC 나노구조를 구현했습니다. SEM 이미지를 보면 꽃 모양 구조의 직경이 1~2μm, 길이가 3~5μm인 것으로 나타났습니다.

그림 4 3차원 SiC 나노와이어 꽃의 SEM 이미지

SiC 나노소재의 성능

SiC 나노재료는 우수한 성능을 지닌 첨단 세라믹 소재로 우수한 물리적, 화학적, 전기적 특성과 기타 특성을 갖고 있습니다.

✔ 물리적 특성

높은 경도: 나노 탄화 규소의 미세 경도는 커런덤과 다이아몬드 사이에 있으며 기계적 강도는 커런덤보다 높습니다. 내마모성이 높고 자기 윤활성이 좋습니다.

높은 열전도율 : 나노탄화규소는 열전도율이 뛰어나 열전도성이 뛰어난 소재입니다.

낮은 열팽창 계수: 이를 통해 나노 실리콘 카바이드는 고온 조건에서도 안정적인 크기와 모양을 유지할 수 있습니다.

높은 비표면적: 나노물질의 특성 중 하나로 표면 활성과 반응 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

✔ 화학적 성질

화학적 안정성: 나노탄화규소는 안정적인 화학적 특성을 가지며 다양한 환경에서도 성능을 변함없이 유지할 수 있습니다.

항산화 : 고온에서 산화에 저항할 수 있으며 우수한 고온 저항성을 나타냅니다.

✔전기적 특성

높은 밴드갭: 높은 밴드갭은 고주파, 고전력 및 저에너지 전자 장치를 만드는 데 이상적인 재료입니다.

높은 전자 포화 이동도: 전자의 빠른 전달에 도움이 됩니다.

✔기타 특성

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

우수한 기계적 성질: 높은 탄성률과 같은 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다.

SiC 나노소재의 응용

전자 및 반도체 장치: 우수한 전자 특성과 고온 안정성으로 인해 나노 실리콘 카바이드는 고전력 전자 부품, 고주파 장치, 광전자 부품 및 기타 분야에 널리 사용됩니다. 동시에 반도체 장치 제조에 이상적인 재료 중 하나이기도 합니다.

광학 응용: 나노탄화규소는 밴드갭이 넓고 광학적 특성이 우수하여 고성능 레이저, LED, 광전지 소자 등의 제조에 활용 가능합니다.

기계 부품: 나노탄화규소는 높은 경도와 내마모성을 이용하여 고속절삭공구, 베어링, 메카니컬 씰 등 기계부품 제조에 폭넓게 응용되어 마모성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 부품의 저항 및 수명.

나노복합재료: 나노실리콘카바이드는 다른 소재와 결합하여 나노복합체를 형성하여 소재의 기계적 성질, 열전도도, 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 이 나노복합재료는 항공우주, 자동차 산업, 에너지 분야 등에 널리 사용됩니다.

고온 구조 재료: 나노탄화규소고온 안정성과 내식성이 뛰어나 극고온 환경에서도 사용할 수 있습니다. 따라서 항공 우주, 석유 화학, 야금 및 제조와 같은 기타 분야에서 고온 구조 재료로 사용됩니다.고온 용광로, 용광로 튜브, 용광로 라이닝 등

기타 애플리케이션: 나노탄화규소는 수소저장, 광촉매, 센싱 등의 분야에도 활용되어 폭넓은 응용 가능성을 보여주고 있습니다.