נאַנאָ-סיליציום פּודער: ברידגינג קוואַנטום פענאָמענאַ און ינדוסטריאַל כידעש אין אַוואַנסירטע מאַטעריאַל וויסנשאַפֿט סיליקאַ פּודער פֿאַר פאַרקויף

1. יקערדיק רעזידאַנץ און נאַנאָסקאַלע אַקטיאָנס פון סיליציום ביי די סובמיקראָן פראָנטיער

1.1 קוואַנטום קאַנפיינמאַנט און עלעקטראָניש פראַמעוואָרק ענדערונג

(נאַנאָ-סיליציום פּודער)

נאַנאָ-סיליציום פּודער, געמאכט פון סיליציום ביטן מיט באַזונדער דימענשאַנז ליסטעד אונטן 100 נאַנאָמעטערס, שטייט פֿאַר אַ נאָרמאַל יבעררוק פון פאַרנעם סיליציום אין ביידע גשמיות אַקשאַנז און פאַנגקשאַנאַל נוצן.

בשעת פאַרנעם סיליציום איז אַ ומדירעקט באַנדגאַפּ סעמיקאַנדאַקטער מיט אַ באַנדגאַפּ פון בעערעך 1.12 eV, נאַנאָ-סייזינג ז קוואַנטום אַרעסט יפעקץ וואָס יסענשאַלי טוישן זייַן עלעקטראָניש און אָפּטיש רעזידענטשאַל פּראָפּערטיעס.

ווען די ביסל גרייס מעטהאָדס אָדער טראפנס אונטער די עקססיטאָן באָהר ווייַטקייט פון סיליציום (~ 5 nm), אָפּצאָל סערוויס פּראַוויידערז סוף אַרויף זייַענדיק ספּיישאַלי קאַנסטריינד, לידינג צו אַ וויידאַנינג פון די באַנדגאַפּ און די הקדמה פון באמערקט פאָטאָלומינעסענסע– אַ געפיל פעלנדיק אין מאַקראָסקאָפּיק סיליציום.

דעם גרייס-אָפענגיק טונאַביליטי מאכט עס מעגלעך פֿאַר נאַנאָ-סיליציום צו באַפרייַען ליכט איבער די באמערקט קייט, מאכן עס אַ אַפּילינג פּראָספּעקט פֿאַר סיליציום-באזירט אָפּטאָילעקטראָניקס, ווו קאַנווענשאַנאַל סיליציום סטאַפּס ארבעטן רעכט צו זייַן ינאַדאַקוואַט ראַדיאַטיווע רעקאָמבינאַטיאָן יפעקטיוונאַס.

דערצו, די בוסטיד ייבערפלאַך-צו-באַנד פּראָפּאָרציע ביי די נאַנאָסקאַלע ימפּרוווז ייבערפלאַך-פֿאַרבונדענע סענסיישאַנז, קאַנסיסטינג פון כעמישער סענסיטיוויטי, קאַטאַליטיק טעטיקייט, און קאָמוניקאַציע מיט ילעקטראָומאַגנעטיק פעלדער.

די קוואַנטום רעזולטאטן זענען נישט בלויז סקולאַסטיק קיוריאַסאַטיז, אָבער מאַכן די יסוד פֿאַר ווייַטער-דור אַפּלאַקיישאַנז אין מאַכט, באמערקט, און ביאָמעדיסינע.

1.2 מאָרפאָלאָגיקאַל דייווערסיטי און ייבערפלאַך שטח כעמיע

נאַנאָ-סיליציום פּודער קענען זיין סינטאַסייזד אין פילע מאָרפאָלאָגיעס, אַרייַנגערעכנט ספעריש נאַנאָפּאַרטיקלעס, נאַנאָווירעס, פּערמיאַבאַל נאַנאָסטרוקטורעס, און קריסטאַליין קוואַנטום דאַץ, יעדער אָפפערס יינציק בענעפיץ רילייינג אויף די ציל אַפּלאַקיישאַן.

קריסטאַלינע נאַנאָ-סיליציום בכלל האלט די רובין קוביק פריימווערק פון מאַסע סיליציום אָבער דיספּלייז אַ גרעסערע גרעב פון ייבערפלאַך ישוז און דאַנגגינג קייטן, וואָס זאָל זיין פּאַסיווייטיד צו סטייבאַלייז די מאַטעריאַל.

פאַנגקשאַנאַליזיישאַן פון די ייבערפלאַך געגנט– קאַמאַנלי אַטשיווד דורך אַקסאַדיישאַן, הידראָסיילאַטיאָן, אָדער ליגאַנד אַדישאַן– פיעסעס אַ קריטיש ראָלע אין ידענטיפיצירן קאַלוידאַל זיכערהייט, דיספּערסאַביליטי, און קאַמפּאַטאַבילאַטי מיט מאַטריץ אין קאַמפּאַונדז אָדער בייאַלאַדזשיקאַל אַטמאָספערעס.

ווי אַ בייַשפּיל, הידראָגען-טערמאַנייטיד נאַנאָ-סיליציום ריווילז הויך סענסיטיוויטי און איז פּראָנע צו אַקסאַדיישאַן אין לופט, כוועראַז אַלקיל- אָדער פּאַליעטאַלין גלייקאָל (PEG)-קאָוטאַד פּאַרטיקאַלז ווייַזן ימפּרוווד פעסטקייַט און ביאָקאָמפּאַטיביליטי פֿאַר ביאָמעדיקאַל באַניץ.

( נאַנאָ-סיליציום פּודער)

די בייַזייַן פון אַ ינדיגענאָוס אַקסייד שיכטע (SiOₓ) אויף די פּאַרטאַקאַל ייבערפלאַך געגנט, אפילו אין זייער קליין קוואַנטאַטיז, דראַמאַטיק ינפלואַנסיז עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי, ליטהיום-יאָן דיפיוזשאַן קינעטיק, און ינטערפאַסיאַל ריאַקשאַנז, ספּעציעל אין באַטאַרייע אַפּלאַקיישאַנז.

פארשטאנד און רעגיאַלייטינג ייבערפלאַך כעמיע איז ווי אַ רעזולטאַט יקערדיק פֿאַר יוטאַלייזינג די פול קאַפּאַציטעט פון נאַנאָ-סיליציום אין פיליק סיסטעמען.

2. סינטעז אַפּראָוטשיז און סקאַלאַבלע מאַנופאַקטורינג טעקניקס

2.1 שפּיץ-אַראָפּ סטראַטעגיעס: מילינג, עטשינג, און לייזער אַבלאַטיאָן

די מאַנופאַקטורינג פון נאַנאָ-סיליציום פּודער קענען זיין בראָדלי קאַטאַגערייזד אין שפּיץ-אַראָפּ און דנאָ-אַרויף טעקניקס, יעדער מיט אַ באַזונדער סקאַלאַביליטי, ריינקייַט, און מאָרפאַלאַדזשיקאַל קאָנטראָל קוואַלאַטיז.

שפּיץ-אַראָפּ טעקניקס אַרייַנציען די גשמיות אָדער כעמישער פאַרקלענערן פון פאַרנעם סיליציום אין נאַנאָסקאַלע פראַגמאַנץ.

הויך-ענערגיע קייַלעכיק מילינג איז אַ וויידלי געניצט געשעפט אופֿן, ווו סיליציום פּאָרשאַנז גיין דורך טיף מעטשאַניקאַל גרינדינג אין ינערט אַטמאָספערעס, קאָזינג מייקראַן- צו נאַנאָ-סייזד פּאַודערז.

בשעת אַפאָרדאַבאַל און סקאַלאַבלע, דעם צוגאַנג אָפט ינטראַדוסיז קריסטאַל פלאָז, קאַנטאַמאַניישאַן פון גרייטינג מידיאַ, און ברייט פּאַרטאַקאַל ויסמעסטונג סערקיאַליישאַנז, פאַך פֿאַר פּאָסט-פּראַסעסינג רייניקונג.

מאַגניזיאָטהערמיק רעדוקציע פון ​​סיליקאַ (SiO TWO) נאכגעגאנגען דורך זויער ליטשינג איז אַן נאָך סקאַלאַבלע מאַרשרוט, ספּעציעל ווען איר נוצן אַלע-נאַטירלעך אָדער וויסט-דערייווד סיליקאַ רעסורסן אַזאַ ווי רייַז כאַסק אָדער דיאַטאָמס, ניצן אַ בלייַביק דרך צו נאַנאָ-סיליציום.

לאַזער אַבלאַטיאָן און אָפּרופיק פּלאַזמע עטשינג זענען פיל מער פּינטלעך שפּיץ-אַראָפּ אַפּראָוטשיז, עפעקטיוו אין דזשענערייטינג הויך-ריינקייַט נאַנאָ-סיליציום מיט רעגיאַלייטאַד קריסטאַלינאַס, אָבער אין העכער פּרייַז און רידוסט טרופּוט.

2.2 דנאָ-אַרויף אַפּראָוטשיז: גאַז-פאַסע און לייזונג-פאַסע אַנטוויקלונג

דנאָ-אַרויף סינטעז אַלאַוז פֿאַר גרעסערע קאָנטראָל איבער פראַגמענט גרייס, פאָרעם, און קריסטאַלינאַס דורך בנין נאַנאָסטרוקטורעס אַטאָם דורך אַטאָם.

כעמישער פארע דעפּאַזישאַן (CVD) און פּלאַזמע-ענכאַנסט CVD (PECVD) מאַכן עס מעגלעך פֿאַר די אַנטוויקלונג פון נאַנאָ-סיליציום פֿון לופט פאָרעראַנערז אַזאַ ווי סילאַן (SiH ₄) אָדער דיסילאַן (סי ₂ ה ₆), מיט קרייטיריאַ ווי טעמפּעראַטור מדרגה, דרוק, און גאַז לויפן דיקטייטינג נוקלעאַטיאָן און אַנטוויקלונג קינעטיק.

די טעקניקס זענען ספּעציעל פאַרלאָזלעך פֿאַר קריייטינג סיליציום נאַנאָקריסטאַלז אינסטאַלירן אין דיעלעקטריק מאַטריץ פֿאַר אָפּטאָעלעקטראָניק גאַדגעץ.

לייזונג-פאַסע סינטעז, אַרייַנגערעכנט קאַלוידאַל קאָרסאַז ניצן אָרגאַנאָסיליקאָן קאַמפּאַונדז, ינייבאַלז די מאַנופאַקטורינג פון מאָנאָדיספּערסע סיליציום קוואַנטום דאַץ מיט טונאַבאַל ויסמאַטערן ווייוולענגטס.

טערמאַל דיסינטאַגריישאַן פון סילאַנע אין הויך-בוילינג סאָלוואַנץ אָדער סופּערקריטיקאַל פליסיק סינטעז אויך ייעלדס הויך-מיינונג נאַנאָ-סיליציום מיט שמאָל דימענשאַנז דיסטריביושאַנז, ידעאַל פֿאַר ביאָמעדיקאַל לייבלינג און ימידזשינג.

בשעת דנאָ-אַרויף טעקניקס יוזשאַוואַלי דזשענערייט פּרעמיע ווערלדלי שפּיץ קוואַליטעט, זיי האָבן שוועריקייטן אין מאַסיוו פּראָדוקציע און פּרייַז-עפעקטיווקייַט, ריקוויירינג קעסיידערדיק פאָרשונג אין כייבריד און קעסיידערדיק לויפן פּראָוסידזשערז.

3. מאַכט אַפּפּליקאַטיאָנס: טשאַנגינג ליטהיום-יאָן און ווייַטער ליטהיום באַטעריז

3.1 פליכט אין הויך-קאַפּאַציטעט אַנאָדעס פֿאַר ליטהיום-יאָן באַטעריז

איינער פון די מערסט טראַנספאָרמאַטיוו אַפּלאַקיישאַנז פון נאַנאָ-סיליציום פּודער דעפּענדס אויף ענערגיע סטאָרידזש פּלאַץ, ספּעציעל ווי אַ אַנאָוד מאַטעריאַל אין ליטהיום-יאָן באַטעריז (LIBs).

סיליציום סאַפּלייז אַן אַקאַדעמיק ספּעציעל פיייקייט פון ~ 3579 מאַה / ג באזירט אויף די פאָרמירונג פון לי ₁₅ סי פיר, וואָס איז כּמעט 10 מאל העכער ווי אַז פון קאַנווענשאַנאַל גראַפייט (372 מאַה / ג).

אָבער, די גרויס באַנד יקספּאַנשאַן (~ 300%) בעשאַס ליטיאַטיאָן טריגערז פּאַרטאַקאַל פּאַלוועראַזיישאַן, אָנווער פון עלעקטריקאַל קאָנטאַקט, און קעסיידערדיק האַרט עלעקטראָליטע ינטערפאַסע (BE) פאָרמירונג, לידינג צו שנעל פיייקייט דיסקאַלער.

נאַנאָסטרוקטורינג ראַדוסאַז די פּראָבלעמס דורך פאַרקירצן קאָרסאַז פון ליטהיום דיפיוזשאַן, פּאַסיק שפּאַנונג מער יפעקטיוולי, און דיקריסינג פּלאַצן מאַשמאָעס.

נאַנאָ-סיליציום אין די מין פון נאַנאָפּאַרטיקלעס, פּערמיאַבאַל פראַמעוואָרקס, אָדער יאָוק-שאָל סטראַקטשערז מאכט עס מעגלעך פֿאַר לעפיערעך גרינג צו פאַרריכטן סייקלינג מיט בוסטיד Coulombic עפעקטיווקייַט און ציקל לעבן.

געשעפט באַטאַרייע מאָדערן טעקנאַלאַדזשיז איצט ויסשטימען נאַנאָ-סיליציום בלענדז (ע.ג., סיליציום-טשאַד קאַמפּאַזאַץ) אין אַנאָודס צו פאַרבעסערן מאַכט גרעב אין קונה עלעקטראָניש דעוויסעס, עלעקטרישע אויטאמאבילן, און גריד סטאָרידזש סיסטעמען.

3.2 מעגלעך אין סאָדיום-יאָן, פּאַטאַסיאַם-יאָן, און סאָליד-שטאַט באַטעריז

ווייַטער פון ליטהיום-יאָן סיסטעמען, נאַנאָ-סיליציום איז יקספּלאָרד אין ימערדזשינג באַטאַרייע כעמיע.

בשעת סיליציום איז ווייניקער ריאַקטיוו מיט זאַלץ ווי ליטהיום, נאַנאָ-סייזינג ענכאַנסיז קינעטיקס און ינייבאַלז לימיטעד Na ⁺ ינסערשאַן, מאכן עס אַ פּראָספּעקט פֿאַר סאָדיום-יאָן באַטאַרייע אַנאָדעס, ספּעציעל ווען צומיש אָדער קאָמפּאָסיטע מיט צין אָדער אַנטימאָני.

אין האַרט-שטאַט באַטעריז, ווו מעטשאַניקאַל פעסטקייַט אין ילעקטראָוד-עלעקטראָליטע באַניצער ינטערפייסיז איז וויכטיק, די פיייקייט פון נאַנאָ-סיליציום צו נעמען פּלאַסטיק קאַנטאָרשאַן אין קליין ריינדזשאַז מינאַמייזיז ינטערפאַסיאַל שפּאַנונג און ימפּרוווז קאָנטאַקט מיט וישאַלט.

דערצו, זייַן קאַמפּאַטאַבילאַטי מיט סולפידע- און אַקסייד-באזירט שטאַרק עלעקטראָליטעס אָפּענס מעטהאָדס פֿאַר פיל סאַפער, העכער ענערגיע-געדיכטקייַט סטאָרידזש רעמאַדיז.

פאָרשונג האלט צו מאַקסאַמייז באַניצער צובינד פּלאַן און פּרעליטהאַטיאָן אַפּראָוטשיז צו נעמען פול מייַלע פון ​​​​די לאָנדזשעוואַטי און עפעקטיווקייַט פון נאַנאָ-סיליציום-באזירט ילעקטראָודז.

4. ערייזינג פראָנטיערס אין פאָטאָניקס, בימעדיסינע, און קאַמפּאַונד פּראָדוקטן

4.1 אַפּפּליקאַטיאָנס אין אָפּטאָילעקטראָניקס און קוואַנטום ליכט

די פאָטאָלומאַנעסאַנט בנינים פון נאַנאָ-סיליציום האָבן רידזשווואַנייטיד השתדלות צו שאַפֿן סיליציום-באזירט ליכט-ימיטינג גאַדזשאַץ, אַ לאַנג-בלייַביק שוועריקייט אין ינאַגרייטיד פאָטאָניקס.

ניט ענלעך מאַסע סיליציום, נאַנאָ-סיליציום קוואַנטום דאַץ קענען אַרויסווייַזן עפעקטיוו, טונאַבלע פאָטאָלומינעסענסע אין די באמערקט צו נאָענט ינפרערעד מענגע, ינייבאַלינג אויף-שפּאָן מקור פון לייץ קאַמפּאַטאַבאַל מיט קאַמפּלאַמענטשי מעטאַל-אַקסייד-סעמיקאַנדאַקטער (קמאָס) כידעש.

די נאַנאָמאַטעריאַלס זענען ינקאָרפּערייטיד רעכט אין ליכט-ימיטינג דיאָדעס (לעדס), פאָטאָדעטעקטאָרס, און וואַוועגייד-קאַפּט עמיטטערס פֿאַר אָפּטיש ינטערקאַנעקץ און פּיקינג אַפּלאַקיישאַנז.

דערצו, ייבערפלאַך-ענדזשאַנירד נאַנאָ-סיליציום דיספּלייז איין-פאָטאָן ויסמאַטערן אונטער ספּעציפיש פּראָבלעם עריינדזשמאַנץ, פּלייסינג עס ווי אַ מעגלעך סיסטעם פֿאַר קוואַנטום אינפֿאָרמאַציע פּראַסעסינג און זיכער קאָמוניקאַציע.

4.2 ביאָמעדיקאַל און עקאַלאַדזשיקאַל אַפּלאַקיישאַנז

אין ביאָמעדיסינע, נאַנאָ-סיליציום פּודער איז געטינג אינטערעס ווי אַ ביאָקאָמפּאַטיבלע, געוויינטלעך דיגריידאַבאַל, און ניט-טאַקסיק אָלטערנאַטיוו צו שווער-מעטאַל-באזירט קוואַנטום דאַץ פֿאַר ביאָימאַגינג און מעדאַקיישאַן עקספּרעס.

ייבערפלאַך-פאַנגקשאַנאַלייזד נאַנאָ-סיליציום פּאַרטיקאַלז קענען זיין דיזיינד צו ציל ספּעציפיש סעלז, קאַטער טעראַפּיוטיק אגענטן אין קאַמף צו ף אָדער ענזימעס, און געבן פאַקטיש-צייט פלואָרעססענסע מאָניטאָרינג.

זייער צעשטערונג רעכט אין סיליק זויער (און(אָה)פיר), אַ נאַטירלעך געשעעניש און עקסקרעטאַבלע מאַטעריע, מינאַמייזאַז לאַנג-טערמין טאַקסיסאַטי פּראָבלעמס.

אַדדיטיאָנאַללי, נאַנאָ-סיליציום איז אָפּגעשטעלט פֿאַר עקאַלאַדזשיקאַל רימידייישאַן, אַזאַ ווי פאָטאָקאַטאַליטיק צעשטערונג פון פּאַלוטאַנץ אונטער באמערקט ליכט אָדער ווי אַ לאָוערינג פארשטייער אין וואַסער באַהאַנדלונג פּראַסעסאַז.

אין קאַמפּאַזאַט מאַטעריאַלס, נאַנאָ-סיליציום ימפּרוווז מעטשאַניקאַל סטאַמאַנאַ, טערמאַל פעסטקייַט, און טראָגן קעגנשטעל ווען אַרייַנגערעכנט אין מעטאַלס, סעראַמיקס, אָדער פּאָלימערס, ספּעציעל אין אַעראָספּאַסע און אָטאַמאָוטיוו קאַמפּאָונאַנץ.

אין מסקנא, נאַנאָ-סיליציום פּודער שטייט בייַ די קראָסווייַ פון פונדאַמענטאַל נאַנאָססיענסע און ינדאַסטרי כידעש.

זייַן בוילעט מישן פון קוואַנטום ימפּאַקץ, הויך ריאַקטיוואַטי, און קאַנוויניאַנס איבער מאַכט, עלעקטראָניש דעוויסעס, און לעבן ססיענסעס עמפאַסייזיז זייַן פונקציע ווי אַ קריטיש ינייבאַלער פון ווייַטער-דור מאָדערן טעקנאַלאַדזשיז.

ווי סינטעז טעקניקס אנטוויקלונג און ינטאַגריישאַן טשאַלאַנדזשיז רעצידיוו, נאַנאָ-סיליציום וועט פאָרזעצן צו פירן אַנטוויקלונג צו העכער פאָרשטעלונג, בלייַביק, און מולטיפונקטיאָנאַל מאַטעריאַל סיסטעמען.

5. סאַפּלייער

TRUNNANO איז אַ סאַפּלייער פון ספעריש טונגסטאַן פּודער מיט איבער 12 יאָרן פון דערפאַרונג אין נאַנאָ-בנין ענערגיע קאַנסערוויישאַן און נאַנאָטעטשנאָלאָגי אַנטוויקלונג. עס אַקסעפּץ צאָלונג דורך קרעדיט קאַרד, ג / ה, מערב יוניאַן און פּייַפּאַל. Trunnano וועט שיקן די סכוירע צו קאַסטאַמערז מעייווער - לייאַם דורך FedEx, דהל, דורך לופט, אָדער דורך ים. אויב איר ווילן צו וויסן מער וועגן ספעריש טאַנגסטאַן פּודער, ביטע פילן פריי צו קאָנטאַקט אונדז און שיקן אַן אָנפרעג([email protected]).
טאַגס: נאַנאָ-סיליציום פּודער, סיליציום פּאַודער, סיליציום

אַלע אַרטיקלען און בילדער זענען פֿון דער אינטערנעץ. אויב עס זענען קיין קאַפּירייט ישוז, ביטע קאָנטאַקט אונדז אין צייט צו ויסמעקן.

אָנפרעג אונדז