1. Основни жилища и наномащабни действия на силиция на субмикронната граница
1.1 Квантово ограничение и промяна на електронната рамка
(Нано-силициев прах)
Нано-силициев прах, съставен от силиконови битове с определени размери, изброени по-долу 100 нанометри, означава стандартна промяна от насипния силиций както във физическите действия, така и във функционалната полезност.
Докато насипният силиций е полупроводник с непряка ширина на забранена лента с ширина на забранена лента от приблизително 1.12 eV, наноразмеряването причинява ефекти на квантово спиране, които съществено променят неговите електронни и оптични жилищни свойства.
Когато размерът на битовете или падне под екситона Бор разстоянието на силиций (~ 5 nm), доставчиците на услуги с такса в крайна сметка се оказват пространствено ограничени, което води до разширяване на забранената лента и въвеждане на забележима фотолуминесценция– усещане за липса на макроскопичен силиций.
Тази регулируемост в зависимост от размера прави възможно нано-силицият да освобождава светлина в целия забележим диапазон, което го прави привлекателна перспектива за базирана на силиций оптоелектроника, където конвенционалният силиций спира да работи поради неадекватната си ефективност на радиационна рекомбинация.
Освен това, повишеното съотношение повърхност-обем в наномащаба подобрява усещанията, свързани с повърхността, състояща се от химическа чувствителност, каталитична активност, и комуникация с електромагнитни полета.
Тези квантови резултати не са просто схоластични любопитства, но създават основата за приложения от следващо поколение във властта, забелязвайки, и биомедицина.
1.2 Морфологично разнообразие и химия на повърхността
Нано-силициевият прах може да бъде синтезиран в множество морфологии, включително сферични наночастици, нанопроводници, пропускливи наноструктури, и кристални квантови точки, всеки предлага уникални предимства в зависимост от целевото приложение.
Кристалният нано-силиций обикновено поддържа рубинено кубичната рамка на масовия силиций, но показва по-голяма дебелина на повърхностните проблеми и висящите връзки, които трябва да бъдат пасивирани за стабилизиране на материала.
Функционализация на повърхността– обикновено се постига чрез окисление, хидросилилиране, или лигандна добавка– играе решаваща роля при идентифицирането на колоидна сигурност, диспергируемост, и съвместимост с матрици в съединения или биологични атмосфери.
Като пример, нано-силиций с водороден край показва висока чувствителност и е склонен към окисление във въздуха, докато алкил- или полиетилен гликол (PEG)-покрити частици показват подобрена стабилност и биосъвместимост за биомедицинска употреба.
( Нано-силициев прах)
Наличието на местен оксиден слой (SiOₓ) върху площта на повърхността на частиците, дори и в много малки количества, драматично влияе върху електрическата проводимост, литиево-йонна дифузионна кинетика, и междинни реакции, особено при приложения с батерии.
Разбирането и регулирането на повърхностната химия в резултат на това е от съществено значение за използване на пълния капацитет на нано-силиций в разумни системи.
2. Подходи за синтез и техники за мащабируемо производство
2.1 Стратегии отгоре надолу: Фрезоване, Офорт, и лазерна аблация
Производството на нано-силициев прах може да бъде широко категоризирано в техники отгоре надолу и отдолу нагоре, всеки с различна мащабируемост, чистота, и морфологични контролни качества.
Техниките отгоре надолу включват физическо или химическо намаляване на насипния силиций в наномащабни фрагменти.
Високоенергийното кръгло смилане е широко използван търговски метод, където части от силиций преминават през интензивно механично смилане в инертна атмосфера, причинявайки микрон- до наноразмерни прахове.
Макар и достъпен и мащабируем, този подход често въвежда кристални дефекти, замърсяване от решетъчна среда, и широки циркулации на размерите на частиците, призовава за пречистване след обработка.
Магнезиотермично намаляване на силициев диоксид (SiO ДВЕ) последвано от излугване с киселина е допълнителен мащабируем път, особено когато се използват изцяло естествени или получени от отпадъци силициеви ресурси, като оризови люспи или диатомеи, използвайки траен път към нано-силиций.
Лазерната аблация и чувствителното плазмено ецване са много по-прецизни подходи отгоре надолу, ефективен при генериране на нано-силиций с висока чистота с регулирана кристалност, обаче на по-висока цена и намалена производителност.
2.2 Подходи отдолу нагоре: Разработка в газова фаза и фаза на разтвор
Синтезът отдолу нагоре позволява по-голям контрол върху размера на фрагмента, форма, и кристалност чрез изграждане на наноструктури атом по атом.
Химично отлагане на пари (ССЗ) и плазмено-усилено CVD (PECVD) правят възможно разработването на нано-силиций от въздушни предшественици като силан (SiH ₄) или дисилан (Si ₂ H ₆), с критерии като ниво на температурата, стрес, и газов поток, диктуващ нуклеацията и кинетиката на развитие.
Тези техники са особено надеждни за създаване на силициеви нанокристали, инсталирани в диелектрични матрици за оптоелектронни джаджи.
Синтез във фаза на разтвор, включително колоидни курсове, използващи органосилициеви съединения, позволява производството на монодисперсни силициеви квантови точки с регулируеми дължини на вълната на изпускане.
Термичното разпадане на силан във висококипящи разтворители или синтез на суперкритичен флуид също дава висококачествен нано-силиций с тясно разпределение на размерите, идеален за биомедицинско етикетиране и изображения.
Докато техниките отдолу нагоре обикновено генерират първокласно световно най-високо качество, they face difficulties in massive production and cost-efficiency, requiring continuous research into hybrid and continuous-flow procedures.
3. Power Applications: Changing Lithium-Ion and Beyond-Lithium Batteries
3.1 Duty in High-Capacity Anodes for Lithium-Ion Batteries
One of one of the most transformative applications of nano-silicon powder depends on energy storage space, particularly as an anode material in lithium-ion batteries (LIBs).
Silicon supplies an academic particular capability of ~ 3579 mAh/g based on the formation of Li ₁₅ Si Four, which is nearly 10 times higher than that of conventional graphite (372 mAh/g).
Въпреки това, the big volume expansion (~ 300%) during lithiation triggers particle pulverization, loss of electrical contact, and continuous solid electrolyte interphase (SEI) formation, leading to fast capability discolor.
Наноструктурирането намалява тези проблеми чрез скъсяване на дифузионните курсове на литий, костюм щам по-ефективно, и намаляване на вероятността от пукнатини.
Нано-силиций под формата на наночастици, пропускливи рамки, или жълтъчно-черупкови структури прави възможно сравнително лесно за фиксиране цикличност с повишена Кулонова ефективност и живот на цикъла.
Съвременните технологии за комерсиални батерии вече интегрират нано-силициеви смеси (e.g., силициево-въглеродни композити) в аноди за увеличаване на мощността в електронните устройства на клиентите, електрически автомобили, и мрежови системи за съхранение.
3.2 Възможно в натриево-йонни, калиево-йонни, и твърдотелни батерии
Отвъд литиево-йонните системи, нано-силицият се изследва в нововъзникващите химикали на батериите.
Докато силицият е по-малко реактивен със сол от лития, наноразмеряването подобрява кинетиката и позволява ограничено вмъкване на Na ⁺, което го прави перспектива за аноди на натриево-йонни батерии, особено когато са легирани или комбинирани с калай или антимон.
В твърдотелни батерии, където механичната стабилност на потребителските интерфейси електрод-електролит е важна, способността на нано-силиция да извършва пластично изкривяване в малки диапазони минимизира напрежението на повърхността и подобрява контакта с поддръжката.
Освен това, неговата съвместимост със сулфид- и базирани на оксиди силни електролити отваря методи за много по-безопасни, средства за съхранение с по-висока енергийна плътност.
Проучванията продължават да максимизират дизайна на потребителския интерфейс и подходите за предлитиране, за да се възползват напълно от дълголетието и ефективността на базираните на нано-силиций електроди.
4. Възникващи граници във фотониката, Биомедицина, и сложни продукти
4.1 Приложения в оптоелектрониката и квантовата светлина
Фотолуминесцентните сгради от нано-силиций подмладиха усилията за създаване на базирани на силиций джаджи, излъчващи светлина, дълготрайно затруднение в интегрираната фотоника.
За разлика от масовия силиций, нано-силиконовите квантови точки могат да се показват ефективно, регулируема фотолуминесценция в видимата до близката инфрачервена решетка, активиране на вграден в чип източник на светлини, съвместим с допълнителен металооксиден полупроводник (CMOS) иновация.
Тези наноматериали се включват направо в диоди, излъчващи светлина (светодиоди), фотодетектори, и излъчватели, свързани с вълноводи за оптични връзки и приложения за улавяне.
Освен това, повърхностно конструираният нано-силиций показва еднофотонни изпускателни газове при специфични проблеми, поставяйки го като възможна система за квантова обработка на информация и сигурна комуникация.
4.2 Биомедицински и екологични приложения
В биомедицината, нано-силициевият прах придобива интерес като биосъвместим, естествено разградими, и нетоксична алтернатива на базираните на тежки метали квантови точки за биоизобразяване и доставка на лекарства.
Повърхностно функционализираните нано-силициеви частици могат да бъдат проектирани да се насочват към специфични клетки, стартиране на терапевтични агенти в действие спрямо pH или ензими, и осигуряват флуоресцентен мониторинг в реално време.
Разрушаването им направо в силициева киселина (и(ОХ)ЧЕТИРИ), естествено срещащо се и отделящо се вещество, намалява дългосрочните проблеми с токсичността.
Допълнително, нано-силиций се проверява за екологично възстановяване, като фотокаталитично унищожаване на замърсители при забележима светлина или като понижаващ представител в процесите на пречистване на вода.
В композитни материали, нано-силиций подобрява механичната издръжливост, термична стабилност, и устойчивост на износване, когато са включени в метали, керамика, или полимери, особено в аерокосмическите и автомобилните компоненти.
В заключение, нано-силициевият прах стои на пресечната точка на фундаменталните нанонауки и индустриалните иновации.
Неговата различна комбинация от квантови въздействия, висока реактивност, и удобство в цялата мощност, електронни устройства, и науките за живота подчертават своята функция като решаващ фактор за съвременните технологии от следващо поколение.
С напредването на техниките за синтез и предизвикателствата за интегриране се повтарят, нано-силицият ще продължи да стимулира развитието към по-висока производителност, траен, и многофункционални материални системи.
5. Доставчик
TRUNNANO е доставчик на сферичен волфрамов прах с над 12 години опит в енергоспестяването на нано сгради и развитието на нанотехнологиите. Приема плащане чрез кредитна карта, T/T, West Union и Paypal. Trunnano ще изпрати стоките до клиенти в чужбина чрез FedEx, DHL, по въздух, или по море. Ако искате да научите повече за сферичния волфрамов прах, моля не се колебайте да се свържете с нас и да изпратите запитване([email protected]).
Етикети: Нано-силициев прах, Силициев прах, Силиций
Всички статии и снимки са от интернет. Ако има проблеми с авторските права, моля, свържете се с нас навреме, за да изтриете.
Запитване до нас