1. Основні місця перебування та нанорозмірні дії кремнію на субмікронному кордоні
1.1 Квантове обмеження та зміна електронної структури
(Нано-кремнієвий порошок)
Нанокремнієвий порошок, складається з силіконових біт із конкретними розмірами, наведеними нижче 100 нанометрів, означає стандартний перехід від масового кремнію як у фізичних діях, так і у функціональній корисності.
У той час як масовий кремній є напівпровідником із непрямою забороненою зоною із шириною забороненої зони приблизно 1.12 еВ, нанорозміри викликають ефекти квантової зупинки, які істотно змінюють його електронні та оптичні житлові властивості.
Коли розрядність методів або падає нижче екситонної борівської відстані кремнію (~ 5 нм), платні постачальники послуг виявляються просторово обмеженими, що призводить до розширення забороненої зони та появи помітної фотолюмінесценції– відчуття відсутності макроскопічного кремнію.
Ця залежна від розміру можливість регулювання дає змогу нанокремнію випромінювати світло в усьому помітному діапазоні, що робить його привабливою перспективою для оптоелектроніки на основі кремнію, де звичайний кремній перестає працювати через його недостатню ефективність радіаційної рекомбінації.
Крім того, збільшене співвідношення поверхні до об’єму на нанорозмірі покращує відчуття, пов’язані з поверхнею, що складається з хімічної чутливості, каталітична активність, і зв'язок з електромагнітними полями.
Ці квантові результати не є просто науковою цікавістю, вони створюють основу для потужних додатків наступного покоління., помітивши, та біомедицина.
1.2 Морфологічна різноманітність і хімія площі поверхні
Порошок нанокремнію можна синтезувати в численних морфологіях, включаючи сферичні наночастинки, нанодроти, проникні наноструктури, і кристалічні квантові точки, кожен пропонує унікальні переваги залежно від цільової програми.
Кристалічний нанокремній, як правило, зберігає рубіново-кубічну структуру масового кремнію, однак демонструє більшу товщину поверхневих проблем і звисаючих зв’язків, який слід пасивувати для стабілізації матеріалу.
Функціонізація площі поверхні– зазвичай досягається шляхом окислення, гідросилілювання, або доповнення ліганду– відіграє вирішальну роль у визначенні колоїдної безпеки, диспергируемость, і сумісність з матрицями в сполуках або біологічних атмосферах.
Як приклад, нанокремній з водневими кінцями виявляє високу чутливість і схильний до окислення на повітрі, тоді як алкіл- або поліетиленгліколь (ПЕГ)-покриті частинки демонструють покращену стабільність і біосумісність для біомедичного використання.
( Нано-кремнієвий порошок)
Наявність самородного оксидного шару (SiOₓ) на площу поверхні частинки, навіть у дуже невеликих кількостях, різко впливає на електропровідність, кінетика дифузії літій-іонів, і міжфазні реакції, особливо в акумуляторах.
Розуміння та регулювання хімії поверхні, як наслідок, має важливе значення для використання повної потужності нанокремнію в розумних системах.
2. Підходи до синтезу та технології масштабованого виробництва
2.1 Стратегії «зверху вниз».: фрезерування, Офорт, та лазерна абляція
Виробництво нанокремнієвого порошку можна розділити на методи «зверху вниз» і «знизу вгору»., кожен із відмінною масштабованістю, чистота, і якості морфологічного контролю.
Методи «зверху вниз» передбачають фізичне або хімічне зменшення маси кремнію на нанорозмірні фрагменти.
Високоенергетичне кругле фрезерування є широко використовуваним комерційним методом, де частини кремнію проходять через інтенсивне механічне подрібнення в інертній атмосфері, викликаючи мкм- до нанорозмірних порошків.
При цьому доступний і масштабований, цей підхід часто призводить до кристалічних дефектів, забруднення від гратчастого середовища, і широкі циркуляції розмірів частинок, виклик очищення після обробки.
Магнезіотермічне зменшення кремнезему (SiO ДВА) подальше кислотне вилуговування є додатковим масштабованим шляхом, особливо при використанні повністю природних або отриманих з відходів ресурсів кремнезему, таких як рисове лушпиння або діатомові водорості, використовуючи тривалий шлях до нанокремнію.
Лазерна абляція та чутливе плазмове травлення є набагато більш точними підходами зверху вниз, ефективний у створенні нанокремнію високої чистоти з регульованою кристалічністю, однак за вищої ціни та меншої пропускної здатності.
2.2 Підходи «знизу вгору».: Розробка в газовій фазі та фазі розчину
Синтез «знизу вгору» дозволяє краще контролювати розмір фрагмента, форму, і кристалічність шляхом створення наноструктур атом за атомом.
Хімічне осадження з парової фази (ССЗ) і серцево-судинні захворювання, посилені плазмою (PECVD) роблять можливим розробку нанокремнію з повітряних попередників, таких як силан (SiH ₄) або дисилан (Si ₂ H ₆), з такими критеріями, як рівень температури, стрес, і потік газу, що визначає кінетику зародження і розвитку.
Ці методи особливо надійні для створення нанокристалів кремнію, встановлених у діелектричних матрицях для оптоелектронних гаджетів..
Розчинно-фазовий синтез, в тому числі колоїдні курси з використанням кремнійорганічних сполук, дозволяє виготовляти монодисперсні кремнієві квантові точки з регульованою довжиною хвилі випуску.
Термічна дезінтеграція силану в висококиплячих розчинниках або надкритичний рідинний синтез також дає високоякісний нанокремній з вузьким розподілом розмірів, ідеально підходить для біомедичного маркування та візуалізації.
У той час як технології «знизу вгору» зазвичай створюють найвищу світову якість, вони стикаються з труднощами у масовому виробництві та економічній ефективності, вимагають безперервного дослідження гібридних і безперервних процедур.
3. Силові додатки: Заміна літій-іонних і інших літієвих батарей
3.1 Обов’язкове використання анодів високої ємності для літій-іонних батарей
Одне з найбільш трансформаційних застосувань порошку нанокремнію залежить від простору для зберігання енергії, зокрема як матеріал анода в літій-іонних батареях (LIB).
Кремній забезпечує академічну особливу здатність ~ 3579 мАг/г на основі утворення Li ₁₅ Si Four, що майже 10 разів вище, ніж у звичайного графіту (372 мАг/г).
Проте, велике розширення обсягу (~ 300%) під час літування запускає подрібнення частинок, втрата електричного контакту, і безперервна міжфаза твердого електроліту (БУТИ) формування, призводить до швидкого знебарвлення.
Наноструктурування зменшує ці проблеми, скорочуючи шляхи дифузії літію, більш ефективне напруження, і зниження ймовірності тріщин.
Нанокремній у вигляді наночастинок, проникні каркаси, або структури жовткової шкаралупи дають змогу відносно легко виправити цикл із підвищеною кулонівською ефективністю та терміном служби циклу.
Сучасні технології комерційних акумуляторів тепер включають суміші нанокремнію (напр., кремній-вуглецеві композити) в анодах для збільшення потужності в електронних пристроях клієнтів, електромобілі, і систем зберігання сітки.
3.2 Можливо в Sodium-Ion, Іон калію, і твердотільні батареї
Крім літій-іонних систем, нанокремній досліджується в новій хімії акумуляторів.
Хоча кремній менш реагує з сіллю, ніж літій, нанорозмір покращує кінетику та забезпечує обмежене введення Na ⁺, що робить це перспективою для анодів натрій-іонних батарей, особливо коли сплав або композиція з оловом або сурмою.
У твердотільних акумуляторах, де важлива механічна стабільність на інтерфейсі електрод-електроліт, здатність нанокремнію здійснювати пластичну деформацію на невеликих відстанях мінімізує міжфазний натяг і покращує контакт під час обслуговування.
Крім того, його сумісність із сульфідом- сильні електроліти на основі оксидів відкривають методи для набагато безпечніших, засоби зберігання з більшою щільністю енергії.
Дослідження продовжуються з метою максимізації дизайну користувальницького інтерфейсу та підходів до обробки, щоб повною мірою скористатися перевагами довговічності та ефективності електродів на основі нанокремнію.
4. Виникаючі кордони у фотоніці, Біомедицина, та складні продукти
4.1 Застосування в оптоелектроніці та квантовому світлі
Фотолюмінесцентні будівлі з нанокремнію оживили спроби створити світловипромінювальні гаджети на основі кремнію, тривалі труднощі в інтегрованій фотоніці.
На відміну від масового кремнію, Нанокремнієві квантові точки можуть відображати ефективні, регульована фотолюмінесценція в видимому до ближнього інфрачервоного діапазону, увімкнення вбудованого джерела світла, сумісного з комплементарним металооксидним напівпровідником (CMOS) інноваційність.
Ці наноматеріали вбудовуються прямо у світловипромінювальні діоди (світлодіоди), фотодетектори, і випромінювачі, пов'язані з хвилеводами, для оптичних з'єднань і прийому сигналів.
Крім того, поверхнево-інженерний нанокремній відображає однофотонний вихлоп під певними проблемними механізмами, розміщуючи його як можливу систему для квантової обробки інформації та безпечного зв’язку.
4.2 Біомедичні та екологічні застосування
У біомедицині, Нанокремнієвий порошок викликає інтерес як біосумісний, природно розкладається, і нетоксична альтернатива квантовим точкам на основі важких металів для біозображення та доставки ліків.
Поверхнево-функціоналізовані частинки нанокремнію можуть бути розроблені для націлювання на конкретні клітини, запуск терапевтичних агентів у дії на рН або ферменти, і забезпечити моніторинг флуоресценції в реальному часі.
Їх руйнування прямо в кремнієву кислоту (І(ой)ЧОТИРИ), речовина природного походження, яка виділяється, мінімізує довгострокові проблеми токсичності.
Додатково, нанокремній перевіряється на екологічну рекультивацію, наприклад, фотокаталітичне руйнування забруднюючих речовин під помітним освітленням або як знижуючий представник у процесах очищення води.
У композиційних матеріалах, нанокремній покращує механічну витривалість, термостійкість, і зносостійкість при включенні в метали, кераміка, або полімери, особливо в аерокосмічних і автомобільних компонентах.
На закінчення, Нанокремнієвий порошок стоїть на перехресті фундаментальних нанонаук і промислових інновацій.
Його чітке поєднання квантових впливів, висока реактивність, і зручність у всій потужності, електронні пристрої, і науки про життя наголошують на своїй функції як вирішального фактора розвитку сучасних технологій наступного покоління.
З удосконаленням методів синтезу та інтеграції проблеми повторюються, нанокремній продовжуватиме рухати розвиток у напрямку підвищення продуктивності, тривалий, і багатофункціональні матеріальні системи.
5. Постачальник
TRUNNANO є постачальником сферичного вольфрамового порошку з над 12 багаторічний досвід енергозбереження нанобудівництва та розробки нанотехнологій. Він приймає оплату за допомогою кредитної картки, T/T, West Union і Paypal. Trunnano доставлятиме товари клієнтам за кордоном через FedEx, DHL, по повітрю, або морем. Якщо ви хочете дізнатися більше про сферичний порошок вольфраму, будь ласка, зв’яжіться з нами та надішліть запит([email protected]).
Теги: Нано-кремнієвий порошок, Кремнієвий порошок, Кремній
Всі статті та фотографії взяті з Інтернету. Якщо є проблеми з авторським правом, будь ласка, зв'яжіться з нами вчасно, щоб видалити.
Зверніться до нас