1. المساكن الأساسية والإجراءات النانوية للسيليكون عند حدود دون الميكرون
1.1 الحبس الكمي وتغيير الإطار الإلكتروني
(مسحوق نانو السيليكون)
مسحوق نانو السيليكون, مكونة من قطع السيليكون ذات أبعاد معينة مذكورة أدناه 100 نانومتر, يمثل التحول القياسي من السيليكون السائب في كل من الإجراءات المادية والمنفعة الوظيفية.
في حين أن السيليكون السائب هو أشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة غير المباشرة مع فجوة نطاق تقريبية 1.12 فولت, يؤدي التحجيم النانوي إلى تأثيرات التوقيف الكمي التي تغير بشكل أساسي خصائصه الإلكترونية والبصرية.
وعندما ينخفض حجم البت إلى ما دون مسافة بوهر الإكسيتون من السيليكون (~ 5 نانومتر), وينتهي الأمر بمقدمي خدمات الرسوم إلى أن يكونوا مقيدين مكانيا, مما يؤدي إلى توسيع فجوة النطاق وإدخال تلألؤ ضوئي ملحوظ– إحساس يفتقر إلى السيليكون العياني.
تتيح قابلية الضبط المعتمدة على الحجم لسيليكون النانو إطلاق الضوء عبر النطاق الملحوظ, مما يجعلها فرصة جذابة للإلكترونيات الضوئية القائمة على السيليكون, حيث يتوقف السيليكون التقليدي عن العمل بسبب عدم كفاية فعالية إعادة التركيب الإشعاعي.
علاوة على ذلك, تعمل نسبة السطح إلى الحجم المعززة على المستوى النانوي على تحسين الأحاسيس المرتبطة بالسطح, تتكون من حساسية كيميائية, النشاط الحفاز, والتواصل مع المجالات الكهرومغناطيسية.
هذه النتائج الكمومية ليست مجرد فضول مدرسي، ولكنها تخلق الأساس لتطبيقات الجيل التالي في السلطة, يلاحظ, والطب الحيوي.
1.2 التنوع المورفولوجي وكيمياء المساحة السطحية
يمكن تصنيع مسحوق السيليكون النانوي في أشكال عديدة, بما في ذلك الجسيمات النانوية الكروية, أسلاك متناهية الصغر, الهياكل النانوية النفاذة, ونقاط الكم البلورية, يقدم كل منها فوائد فريدة تعتمد على التطبيق المستهدف.
يحافظ السيليكون النانوي البلوري بشكل عام على الإطار المكعب الياقوتي لكتلة السيليكون ولكنه يعرض سماكة أكبر للقضايا السطحية والروابط المتدلية, والتي ينبغي تخميلها لتحقيق الاستقرار في المواد.
وظائف مساحة السطح– يتم تحقيقها عادة من خلال الأكسدة, التحلل المائي, أو إضافة يجند– يلعب دورا حاسما في تحديد الأمن الغروي, التشتت, والتوافق مع المصفوفات الموجودة في المركبات أو الأجواء البيولوجية.
كمثال, يكشف السيليكون النانوي المنتهي بالهيدروجين عن حساسية عالية ويكون عرضة للأكسدة في الهواء, بينما الكيل- أو البولي إيثيلين جلايكول (ربط)-تعرض الجسيمات المطلية ثباتًا وتوافقًا حيويًا محسنًا للاستخدام الطبي الحيوي.
( مسحوق نانو السيليكون)
وجود طبقة الأكسيد الأصلية (SiOₓ) على مساحة سطح الجسيمات, حتى بكميات قليلة جدًا, يؤثر بشكل كبير على التوصيل الكهربائي, حركية انتشار أيون الليثيوم, وردود الفعل البينية, وخاصة في تطبيقات البطارية.
ونتيجة لذلك، يعد فهم كيمياء السطح وتنظيمها أمرًا ضروريًا للاستفادة من القدرة الكاملة للسيليكون النانو في الأنظمة الذكية..
2. مناهج التوليف وتقنيات التصنيع القابلة للتطوير
2.1 استراتيجيات من أعلى إلى أسفل: طحن, النقش, والاستئصال بالليزر
يمكن تصنيف تصنيع مسحوق السيليكون النانوي على نطاق واسع إلى تقنيات من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى, لكل منها قابلية توسع مميزة, نقاء, وخصائص التحكم المورفولوجية.
تتضمن التقنيات من أعلى إلى أسفل التخفيض الفيزيائي أو الكيميائي لكمية السيليكون إلى أجزاء نانوية الحجم.
تعد الطحن الدائري عالي الطاقة طريقة تجارية مستخدمة على نطاق واسع, حيث تمر أجزاء السيليكون بعملية طحن ميكانيكية مكثفة في أجواء خاملة, تسبب ميكرون- إلى مساحيق بحجم النانو.
في حين بأسعار معقولة وقابلة للتطوير, غالبًا ما يقدم هذا النهج عيوبًا بلورية, التلوث من وسائل الإعلام صريف, وتداولات أبعاد الجسيمات واسعة النطاق, الدعوة إلى تنقية ما بعد المعالجة.
انخفاض المغنيسيوم الحراري من السيليكا (سيو اثنان) يليه الترشيح الحمضي وهو طريق إضافي قابل للتطوير, خاصة عند الاستفادة من موارد السيليكا الطبيعية أو المشتقة من النفايات مثل قشور الأرز أو الدياتومات, باستخدام مسار دائم لنانو السيليكون.
يعد الاستئصال بالليزر والحفر بالبلازما المستجيبة من الأساليب الأكثر دقة من أعلى إلى أسفل, فعال في توليد سيليكون نانو عالي النقاء مع بلورة منظمة, ولكن بسعر أعلى وإنتاجية أقل.
2.2 النهج من أسفل إلى أعلى: تطوير مرحلة الغاز ومرحلة الحل
يسمح التوليف من أسفل إلى أعلى بتحكم أكبر في حجم الجزء, استمارة, والبلورة من خلال بناء الهياكل النانوية ذرة بعد ذرة.
ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) والأمراض القلبية الوعائية المعززة بالبلازما (بيكفد) جعل من الممكن تطوير السيليكون النانوي من أسلاف الهواء مثل السيلان (سيه ₄) أو ديسيلان (سي ₂ ح ₆), مع معايير مثل مستوى درجة الحرارة, ضغط, وتدفق الغاز يملي التنوي وحركية التطور.
تعتبر هذه التقنيات موثوقة بشكل خاص لإنشاء بلورات السيليكون النانوية المثبتة في المصفوفات العازلة للأجهزة الإلكترونية البصرية.
توليف مرحلة الحل, بما في ذلك الدورات الغروية التي تستخدم مركبات السيليكون العضوي, يتيح تصنيع نقاط كمومية من السيليكون أحادية التشتت بأطوال موجية قابلة للضبط.
وبالمثل، فإن التحلل الحراري للسيلان في المذيبات عالية الغليان أو تخليق السوائل فوق الحرجة ينتج عنه سيليكون نانو عالي الجودة مع توزيعات ذات أبعاد ضيقة, مثالية لوضع العلامات الطبية الحيوية والتصوير.
في حين أن التقنيات التصاعدية عادةً ما تولد جودة عالية على مستوى العالم, فهم يواجهون صعوبات في الإنتاج الضخم وفعالية التكلفة, تتطلب بحثًا مستمرًا في إجراءات التدفق الهجين والمستمر.
3. تطبيقات الطاقة: تغيير بطاريات الليثيوم أيون وما بعد الليثيوم
3.1 الواجب في الأنودات عالية السعة لبطاريات الليثيوم أيون
أحد أكثر التطبيقات التحويلية لمسحوق السيليكون النانوي يعتمد على مساحة تخزين الطاقة, وخاصة كمادة الأنود في بطاريات الليثيوم أيون (LIBs).
يوفر السيليكون قدرة أكاديمية معينة تبلغ ~ 3579 mAh/g بناءً على تكوين Li ₁₅ Si Four, وهو ما يقرب من 10 مرات أعلى من الجرافيت التقليدي (372 مللي أمبير/ز).
لكن, التوسع الكبير في الحجم (~ 300%) أثناء عملية الليثيوم يؤدي إلى سحق الجسيمات, فقدان الاتصال الكهربائي, والطور البيني المنحل بالكهرباء الصلبة المستمر (يكون) تشكيل, مما يؤدي إلى تلطيخ القدرة بسرعة.
تعمل البنية النانوية على تقليل هذه المشكلات عن طريق تقصير دورات نشر الليثيوم, سلالة مناسبة بشكل أكثر فعالية, وتقليل احتمالية التشقق.
نانو السيليكون في نوع من الجسيمات النانوية, الأطر النفاذية, أو هياكل قشرة الصفار تجعل من السهل نسبياً إصلاح ركوب الدراجات مع تعزيز كفاءة كولومبيك وعمر الدورة.
تدمج التقنيات الحديثة للبطاريات التجارية الآن مزيجًا من السيليكون النانوي (على سبيل المثال, مركبات السيليكون والكربون) في الأنودات لتعزيز سمك الطاقة في الأجهزة الإلكترونية للعملاء, السيارات الكهربائية, وأنظمة تخزين الشبكة.
3.2 ممكن في أيون الصوديوم, البوتاسيوم أيون, وبطاريات الحالة الصلبة
ما وراء أنظمة أيون الليثيوم, ويجري استكشاف السيليكون النانوي في كيمياء البطاريات الناشئة.
بينما السيليكون أقل تفاعلاً مع الملح من الليثيوم, يعمل التحجيم النانوي على تعزيز الحركية ويتيح إدخال Na ⁺ محدودًا, مما يجعلها احتمالا لأنودات بطارية أيون الصوديوم, خاصة عندما تكون مخلوطة أو مركبة مع القصدير أو الأنتيمون.
في بطاريات الحالة الصلبة, حيث يكون الاستقرار الميكانيكي في واجهات المستخدم بالكهارل الكهربائي أمرًا مهمًا, تعمل قدرة السيليكون النانوي على إجراء التواء البلاستيك على نطاقات صغيرة على تقليل التوتر السطحي وتحسين الاتصال بالصيانة.
فضلاً عن ذلك, مدى توافقه مع الكبريتيد- والإلكتروليتات القوية القائمة على الأكسيد تفتح طرقًا أكثر أمانًا, علاجات تخزين الطاقة ذات الكثافة العالية.
تستمر الأبحاث في تعظيم تصميم واجهة المستخدم وأساليب المعالجة المسبقة للاستفادة الكاملة من طول عمر وكفاءة الأقطاب الكهربائية المعتمدة على السيليكون النانوي.
4. الحدود الناشئة في الضوئيات, الطب الحيوي, والمنتجات المركبة
4.1 تطبيقات في الإلكترونيات الضوئية والضوء الكمي
لقد أدت المباني المضيئة المصنوعة من السيليكون النانوي إلى تجديد الجهود المبذولة لإنشاء أدوات باعثة للضوء تعتمد على السيليكون, صعوبة طويلة الأمد في الضوئيات المتكاملة.
على عكس السيليكون الشامل, يمكن للنقاط الكمومية النانوية السيليكونية أن تعرض بكفاءة, تلألؤ ضوئي قابل للضبط في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة, تمكين مصدر أضواء على الرقاقة متوافق مع أشباه الموصلات التكميلية لأكسيد المعدن (كموس) ابتكار.
يتم دمج هذه المواد النانوية مباشرة في الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح), أجهزة الكشف الضوئي, والبواعث المقترنة بالدليل الموجي للتوصيلات الضوئية والتقاط التطبيقات.
بالإضافة إلى, يعرض السيليكون النانوي المصمم على السطح عادمًا أحادي الفوتون في ظل ترتيبات مشكلة محددة, ووضعه كنظام ممكن لمعالجة المعلومات الكمومية والاتصالات الآمنة.
4.2 التطبيقات الطبية الحيوية والبيئية
في الطب الحيوي, يحظى مسحوق السيليكون النانوي بالاهتمام باعتباره متوافقًا حيويًا, قابلة للتحلل بشكل طبيعي, وبديل غير سام للنقاط الكمومية ذات الأساس المعدني الثقيل للتصوير الحيوي وتوصيل الأدوية.
يمكن تصميم جزيئات السيليكون النانوية ذات الأداء الوظيفي السطحي لاستهداف خلايا معينة, إطلاق العوامل العلاجية في العمل على الرقم الهيدروجيني أو الإنزيمات, وإعطاء رصد مضان في الوقت الحقيقي.
تدميرها مباشرة إلى حمض السيليك (و(أوه)أربعة), مادة تحدث بشكل طبيعي وقابلة للإخراج, يقلل من مشاكل السمية على المدى الطويل.
بالإضافة إلى ذلك, يتم فحص السيليكون النانوي للمعالجة البيئية, مثل التدمير التحفيزي الضوئي للملوثات تحت ضوء ملحوظ أو كممثل مخفض في عمليات معالجة المياه.
في المواد المركبة, يعمل السيليكون النانوي على تحسين القدرة على التحمل الميكانيكي, الاستقرار الحراري, ومقاومة التآكل عند تضمينها في المعادن, السيراميك, أو البوليمرات, وخاصة في مجال الطيران ومكونات السيارات.
ختاماً, يقف مسحوق السيليكون النانوي على مفترق طرق علوم النانو الأساسية والابتكار الصناعي.
مزيجها المتميز من التأثيرات الكمومية, تفاعلية عالية, والراحة في جميع أنحاء السلطة, الأجهزة الإلكترونية, وتؤكد علوم الحياة على وظيفتها كعامل تمكين حاسم للجيل القادم من التقنيات الحديثة.
مع تقدم تقنيات التوليف وانتكاسة تحديات التكامل, سيستمر السيليكون النانوي في دفع التطوير نحو أداء أعلى, دائم, وأنظمة المواد متعددة الوظائف.
5. مزود
TRUNNANO هي المورد لمسحوق التنغستن الكروي مع أكثر من ذلك 12 سنوات من الخبرة في الحفاظ على الطاقة في بناء النانو وتطوير تكنولوجيا النانو. ويقبل الدفع عن طريق بطاقة الائتمان, تي/تي, ويسترن يونيون وباي بال. ستقوم Trunnano بشحن البضائع إلى العملاء في الخارج من خلال FedEx, دي إتش إل, عن طريق الجو, أو عن طريق البحر. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن مسحوق التنغستن الكروي, لا تتردد في الاتصال بنا وإرسال استفسار([email protected]).
العلامات: مسحوق نانو السيليكون, مسحوق السيليكون, السيليكون
جميع المقالات والصور من الإنترنت. إذا كان هناك أي قضايا حقوق الطبع والنشر, يرجى الاتصال بنا في الوقت المناسب للحذف.
الاستفسار لنا