1. Základné rezidencie a nanoúrovňové akcie kremíka na submikrónovej hranici
1.1 Kvantové obmedzenie a zmena elektronického rámca
(Nano-silikónový prášok)
Nano-kremíkový prášok, vyrobené z kremíkových bitov s konkrétnymi rozmermi uvedenými nižšie 100 nanometrov, predstavuje štandardný posun od objemového kremíka vo fyzickom pôsobení a funkčnej využiteľnosti.
Zatiaľ čo objemový kremík je nepriamy polovodič so šírkou pásma približne 1.12 eV, nanorozmery spôsobujú kvantové zastavovacie efekty, ktoré v podstate menia jeho elektronické a optické obytné vlastnosti.
Keď bitová veľkosť metódy alebo klesne pod excitónovú Bohrovu vzdialenosť kremíka (~ 5 nm), poskytovatelia poplatkových služieb sú nakoniec priestorovo obmedzení, čo vedie k rozšíreniu bandgapu a zavedeniu zreteľnej fotoluminiscencie– pocit chýbajúci v makroskopickom kremíku.
Táto laditeľnosť závislá od veľkosti umožňuje nano-kremíku uvoľňovať svetlo v celom viditeľnom rozsahu, čo z neho robí príťažlivú perspektívu pre optoelektroniku na báze kremíka, kde konvenčný kremík prestane fungovať v dôsledku jeho nedostatočnej účinnosti radiačnej rekombinácie.
Navyše, zvýšený pomer povrchu k objemu na úrovni nanometrov zlepšuje vnemy súvisiace s povrchom, pozostávajúce z chemickej citlivosti, katalytická aktivita, a komunikácia s elektromagnetickými poľami.
Tieto kvantové výsledky nie sú len školskými zaujímavosťami, ale vytvárajú základ pre aplikácie novej generácie v oblasti moci, všímajúc si, a biomedicína.
1.2 Morfologická diverzita a chémia povrchu
Nano-kremíkový prášok možno syntetizovať v mnohých morfológiách, vrátane sférických nanočastíc, nanodrôtov, permeabilné nanoštruktúry, a kryštalické kvantové bodky, každý ponúka jedinečné výhody v závislosti od cieľovej aplikácie.
Kryštalický nano-kremík si vo všeobecnosti zachováva rubínovú kubickú štruktúru masového kremíka, vykazuje však väčšiu hrúbku povrchových problémov a visiacich väzieb, ktorý by mal byť pasivovaný, aby sa materiál stabilizoval.
Funkcionalizácia plochy povrchu– bežne dosiahnuté oxidáciou, hydrosilylácia, alebo prídavok ligandu– hrá kľúčovú úlohu pri identifikácii koloidnej bezpečnosti, disperzibilita, a kompatibilita s matricami v zlúčeninách alebo biologických atmosférach.
Ako príklad, vodíkom zakončený nano-kremík vykazuje vysokú citlivosť a je náchylný na oxidáciu na vzduchu, zatiaľ čo alkyl- alebo polyetylénglykol (PEG)-potiahnuté častice vykazujú zlepšenú stabilitu a biokompatibilitu pre biomedicínske použitie.
( Nano-silikónový prášok)
Prítomnosť vrstvy domorodého oxidu (SiOₓ) na ploche povrchu častíc, aj vo veľmi malom množstve, výrazne ovplyvňuje elektrickú vodivosť, kinetika lítium-iónovej difúzie, a medzifázové reakcie, najmä v batériových aplikáciách.
Pochopenie a regulácia povrchovej chémie je v dôsledku toho nevyhnutná pre využitie plnej kapacity nano-kremíka v citlivých systémoch.
2. Syntézne prístupy a škálovateľné výrobné techniky
2.1 Stratégie zhora nadol: Frézovanie, Leptanie, a laserová ablácia
Výrobu nano-kremíkového prášku možno vo všeobecnosti rozdeliť na techniky zhora nadol a zdola nahor, každý s odlišnou škálovateľnosťou, čistota, a morfologické kontrolné vlastnosti.
Techniky zhora nadol zahŕňajú fyzikálne alebo chemické zníženie objemu kremíka na fragmenty nanometrov.
Vysokoenergetické kruhové frézovanie je široko používaná komerčná metóda, kde časti kremíka prechádzajú intenzívnym mechanickým mletím v inertnej atmosfére, spôsobujúce mikrón- na prášky v nano veľkostiach.
Pritom cenovo dostupné a škálovateľné, tento prístup často prináša krištáľové chyby, kontaminácia z mriežkového média, a širokorozmerné cirkulácie častíc, vyžadujúce čistenie po spracovaní.
Magneziotermický pokles oxidu kremičitého (SiO DVA) nasledované kyslým lúhovaním je ďalšou škálovateľnou cestou, najmä pri použití úplne prírodných alebo odpadových zdrojov oxidu kremičitého, ako sú ryžové šupky alebo rozsievky, pomocou trvalej cesty k nano-kremíku.
Laserová ablácia a citlivé plazmové leptanie sú oveľa presnejšie prístupy zhora nadol, efektívne pri vytváraní vysoko čistého nano-kremíka s regulovanou kryštalinitou, avšak za vyššiu cenu a zníženú priepustnosť.
2.2 Prístupy zdola nahor: Vývoj plynnej fázy a fázy roztoku
Syntéza zdola nahor umožňuje väčšiu kontrolu nad veľkosťou fragmentov, formulár, a kryštalinita budovaním nanoštruktúr atóm po atóme.
Chemická depozícia pár (CVD) a plazmou vylepšené CVD (PECVD) umožňujú vývoj nano-kremíka z aeriformných predchodcov, ako je silán (SiH ₄) alebo disilan (Si ₂ H ₆), s kritériami, ako je úroveň teploty, stres, a tok plynu určujúci kinetiku nukleácie a vývoja.
Tieto techniky sú obzvlášť spoľahlivé na vytváranie kremíkových nanokryštálov inštalovaných v dielektrických matriciach pre optoelektronické prístroje.
Syntéza v roztoku, vrátane koloidných kurzov s použitím organokremičitých zlúčenín, umožňuje výrobu monodisperzných kremíkových kvantových bodov s laditeľnými výfukovými vlnovými dĺžkami.
Tepelná dezintegrácia silánu vo vysokovriacich rozpúšťadlách alebo syntéza superkritických tekutín tiež poskytuje vysokokvalitný nanokremík s úzkymi distribúciami rozmerov, ideálne pre biomedicínske označovanie a zobrazovanie.
Zatiaľ čo techniky zdola nahor zvyčajne vytvárajú prémiovú svetovú špičkovú kvalitu, čelia ťažkostiam v masívnej výrobe a nákladovej efektívnosti, vyžadujúci neustály výskum hybridných a kontinuálnych postupov.
3. Aplikácie napájania: Výmena lítium-iónových a nadlítiových batérií
3.1 Prevádzka vo vysokokapacitných anódach pre lítium-iónové batérie
Jedna z najtransformatívnejších aplikácií nano-kremíkového prášku závisí od priestoru na ukladanie energie, najmä ako anódový materiál v lítium-iónových batériách (LIBs).
Kremík poskytuje akademickú konkrétnu schopnosť ~ 3579 mAh/g na základe tvorby Li₁5Si Four, čo je skoro 10 krát vyššia ako u bežného grafitu (372 mAh/g).
Avšak, veľké rozšírenie objemu (~ 300%) počas litiácie spúšťa pulverizáciu častíc, strata elektrického kontaktu, a kontinuálna medzifáza tuhého elektrolytu (BE) formovanie, čo vedie k rýchlemu odfarbeniu schopnosti.
Nanoštruktúrovanie znižuje tieto problémy skrátením kurzov difúzie lítia, vyhovujúci kmeň efektívnejšie, a znižovanie pravdepodobnosti vzniku trhlín.
Nano-kremík v podobe nanočastíc, priepustné rámy, alebo žĺtkové škrupinové štruktúry umožňujú relatívne ľahké upevnenie bicyklovania so zvýšenou coulombickou účinnosťou a životnosťou cyklu.
Moderné technológie komerčných batérií teraz integrujú nano-kremíkové zmesi (napr., kremíkovo-uhlíkové kompozity) v anódach na zvýšenie hrúbky výkonu v elektronických zariadeniach zákazníka, elektrické automobily, a mriežkové skladovacie systémy.
3.2 Možné v Sodík-Ion, Draslík-ión, a polovodičové batérie
Okrem lítium-iónových systémov, nano-kremík sa skúma v nových chemikáliách batérií.
Zatiaľ čo kremík je menej reaktívny so soľou ako lítium, nano-veľkosť zvyšuje kinetiku a umožňuje obmedzenú inzerciu Na+, čo z neho robí perspektívu pre anódy sodíkovo-iónových batérií, najmä ak sú legované alebo zložené s cínom alebo antimónom.
V polovodičových batériách, kde je dôležitá mechanická stabilita na používateľských rozhraniach elektróda-elektrolyt, Schopnosť nano-kremíka vykonávať plastické skrútenie v malých rozsahoch minimalizuje medzifázové napätie a zlepšuje kontakt s údržbou.
Okrem toho, jeho kompatibilita so sulfidom- a silné elektrolyty na báze oxidov otvárajú metódy pre oveľa bezpečnejšie, prostriedky na skladovanie s vyššou hustotou energie.
Výskum pokračuje v maximalizácii dizajnu používateľského rozhrania a prelitiačných prístupov, aby sa naplno využila životnosť a účinnosť elektród na báze nano-kremíku..
4. Vznikajúce hranice vo fotonike, Biomedicína, a zložené produkty
4.1 Aplikácie v optoelektronike a kvantovom svetle
Fotoluminiscenčné budovy z nano-kremíku omladili úsilie o vytvorenie zariadení vyžarujúcich svetlo na báze kremíka, dlhotrvajúce ťažkosti v integrovanej fotonike.
Na rozdiel od masového kremíka, nano-kremíkové kvantové bodky môžu zobrazovať efektívne, laditeľná fotoluminiscencia v viditeľnom až blízkom infračervenom poli, umožňujúci on-chip zdroj svetla kompatibilný s komplementárnym metal-oxid-polovodičom (CMOS) inovácie.
Tieto nanomateriály sú zakomponované priamo do svetelných diód (LED diódy), fotodetektory, a vlnovodom spojené žiariče pre optické prepojenia a snímacie aplikácie.
Ďalej, povrchovo skonštruovaný nano-kremík zobrazuje jednofotónový výfuk pri špecifických problémových usporiadaniach, umiestniť ho ako možný systém pre kvantové spracovanie informácií a bezpečnú komunikáciu.
4.2 Biomedicínske a ekologické aplikácie
V biomedicíne, nano-kremíkový prášok sa stáva predmetom záujmu ako biokompatibilný, prirodzene odbúrateľný, a netoxická alternatíva ku kvantovým bodkám na báze ťažkých kovov na biozobrazovanie a podávanie liekov.
Povrchovo funkcionalizované nano-kremíkové častice môžu byť navrhnuté tak, aby sa zamerali na špecifické bunky, spúšťať terapeutické činidlá pôsobiace na pH alebo enzýmy, a poskytujú monitorovanie fluorescencie v reálnom čase.
Ich deštrukcia priamo na kyselinu kremičitú (A(OH)ŠTYRI), prirodzene sa vyskytujúca a vylučovateľná látka, minimalizuje dlhodobé problémy s toxicitou.
Okrem toho, nano-kremík sa kontroluje na ekologickú sanáciu, ako je fotokatalytická deštrukcia znečisťujúcich látok pod viditeľným svetlom alebo ako znižujúci zástupca v procesoch úpravy vody.
V kompozitných materiáloch, nano-kremík zlepšuje mechanickú odolnosť, tepelná stabilita, a odolnosť proti opotrebeniu, ak sú zahrnuté do kovov, keramika, alebo polyméry, najmä v leteckom a automobilovom priemysle.
Na záver, nano-kremíkový prášok stojí na križovatke základných nanovied a priemyselných inovácií.
Jeho zreteľná zmes kvantových vplyvov, vysoká reaktivita, a pohodlie pri napájaní, elektronické zariadenia, a vedy o živej prírode zdôrazňujú svoju funkciu kľúčového faktora umožňujúceho moderné technológie novej generácie.
Ako techniky syntézy pokrok a integrácia spochybňujú recidívu, nano-kremík bude aj naďalej poháňať vývoj smerom k vyššiemu výkonu, trvalé, a multifunkčné materiálové systémy.
5. dodávateľa
TRUNNANO je dodávateľom sférického volfrámového prášku s nad 12 roky skúseností v oblasti šetrenia energie v nanostavbách a vývoja nanotechnológií. Prijíma platby prostredníctvom kreditnej karty, T/T, West Union a Paypal. Trunnano doručí tovar zákazníkom do zámoria prostredníctvom FedEx, DHL, letecky, alebo po mori. Ak sa chcete dozvedieť viac o sférickom volfrámovom prášku, neváhajte nás kontaktovať a pošlite dopyt([email protected]).
Tagy: Nano-silikónový prášok, Silikónový prášok, kremík
Všetky články a obrázky sú z internetu. Ak existujú nejaké problémy s autorskými právami, kontaktujte nás včas na odstránenie.
Opýtajte sa nás