سلیکن کاربائیڈ نینو میٹریلز

سلیکن کاربائیڈ نینو میٹریلز

سلیکن کاربائیڈ نینو میٹریلز (SiC nanomaterials) پر مشتمل مواد کا حوالہ دیتے ہیںسلکان کاربائیڈ (SiC)تین جہتی جگہ میں نینو میٹر پیمانے میں کم از کم ایک جہت کے ساتھ (عام طور پر 1-100nm کے طور پر بیان کیا جاتا ہے)۔ سلیکون کاربائیڈ نینو میٹریلز کو ان کی ساخت کے مطابق صفر جہتی، ایک جہتی، دو جہتی اور تین جہتی ڈھانچے میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

زیرو ڈائمینشنل نانو اسٹرکچرزوہ ڈھانچے ہیں جن کی تمام جہتیں نینو میٹر پیمانے پر ہیں، جن میں بنیادی طور پر ٹھوس نانو کرسٹلز، کھوکھلی نانو اسپیئرز، ہولو نانوکیجز اور کور شیل نانو اسپیئرز شامل ہیں۔

ایک جہتی نانو اسٹرکچرزان ڈھانچے کا حوالہ دیں جن میں دو جہتیں تین جہتی جگہ میں نینو میٹر پیمانے تک محدود ہیں۔ اس ڈھانچے کی بہت سی شکلیں ہیں، جن میں نانوائرز (ٹھوس مرکز)، نانوٹوبس (کھوکھلا مرکز)، نینو بیلٹ یا نینو بیلٹ (تنگ مستطیل کراس سیکشن) اور نانوپرزم (پرزم کی شکل کا کراس سیکشن) شامل ہیں۔ یہ ڈھانچہ میسوسکوپک فزکس اور نانوسکل ڈیوائس مینوفیکچرنگ میں اپنی منفرد ایپلی کیشنز کی وجہ سے گہری تحقیق کا مرکز بن گیا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک جہتی نینو اسٹرکچرز میں کیریئرز صرف ڈھانچے کی ایک سمت (یعنی نانوائر یا نانو ٹیوب کی طول بلد سمت) میں پھیل سکتے ہیں، اور نانو الیکٹرانکس میں باہم مربوط اور کلیدی آلات کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔

دو جہتی نانو اسٹرکچرز، جن کی نانوسکل پر صرف ایک جہت ہوتی ہے، جو عام طور پر ان کے پرت کے جہاز کے لیے کھڑے ہوتے ہیں، جیسے کہ نانو شیٹس، نانوشیٹس، نانو شیٹس اور نانو اسپیئرز، کو حال ہی میں خاص توجہ دی گئی ہے، نہ صرف ان کی نشوونما کے طریقہ کار کی بنیادی تفہیم کے لیے، بلکہ ان کی صلاحیتوں کو تلاش کرنے کے لیے بھی۔ لائٹ ایمیٹرز، سینسرز، سولر سیلز وغیرہ میں ایپلی کیشنز۔

تین جہتی نانو اسٹرکچرزعام طور پر پیچیدہ نینو اسٹرکچر کہلاتے ہیں، جو صفر جہتی، ایک جہتی، اور دو جہتی (جیسے کہ ایک کرسٹل جنکشن سے جڑے ہوئے نانوائرز یا نانوروڈز) میں ایک یا زیادہ بنیادی ساختی اکائیوں کے مجموعہ سے بنتے ہیں، اور ان کی مجموعی ہندسی جہتیں نینو میٹر یا مائکرو میٹر پیمانے پر ہیں۔ فی یونٹ حجم کے اعلی سطحی رقبہ کے ساتھ اس طرح کے پیچیدہ نانو اسٹرکچرز بہت سے فوائد فراہم کرتے ہیں، جیسے موثر روشنی جذب کرنے کے لیے طویل نظری راستے، تیز انٹرفیشل چارج ٹرانسفر، اور ٹیون ایبل چارج ٹرانسپورٹ کی صلاحیتیں۔ یہ فوائد تین جہتی نانو اسٹرکچر کو مستقبل میں توانائی کی تبدیلی اور اسٹوریج ایپلی کیشنز میں ڈیزائن کو آگے بڑھانے کے قابل بناتے ہیں۔ 0D سے 3D ڈھانچے تک، نینو میٹریل کی وسیع اقسام کا مطالعہ کیا گیا ہے اور آہستہ آہستہ صنعت اور روزمرہ کی زندگی میں متعارف کرایا گیا ہے۔

سی سی نینو میٹریل کی ترکیب کے طریقے

صفر جہتی مواد کو حاصل کرنے کے لیے گرم پگھلنے کے طریقہ کار، الیکٹرو کیمیکل اینچنگ کا طریقہ، لیزر پائرولیسس طریقہ وغیرہ کے ذریعے ترکیب کیا جا سکتا ہے۔SiC ٹھوسنانو کرسٹلز چند نینو میٹر سے لے کر دسیوں نینو میٹر تک ہوتے ہیں، لیکن عام طور پر سیوڈو کروی ہوتے ہیں، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

شکل 1 مختلف طریقوں سے تیار کردہ β-SiC نانوکریسٹلز کی TEM تصاویر

(a) سولووتھرمل ترکیب[34]؛ (B) الیکٹرو کیمیکل اینچنگ کا طریقہ[35]؛ (c) تھرمل پروسیسنگ[48]؛ (d) لیزر پائرولیسس[49]

Dasog et al. ترکیب شدہ کروی β-SiC نانوکریسٹلز جس میں قابل کنٹرول سائز اور واضح ڈھانچہ SiO2، Mg اور C پاؤڈرز[55] کے درمیان ٹھوس حالت کے ڈبل سڑن کے رد عمل کے ذریعے، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔

شکل 2 مختلف قطر کے ساتھ کروی SiC نانو کرسٹلز کی FESEM تصاویر[55]

(a) 51.3 ± 5.5 nm; (B) 92.8 ± 6.6 nm; (c) 278.3 ± 8.2 nm

SiC نانوائرز کو اگانے کے لیے بخارات کے مرحلے کا طریقہ۔ گیس فیز ترکیب SiC nanowires بنانے کا سب سے پختہ طریقہ ہے۔ ایک عام عمل میں، حتمی مصنوعہ بنانے کے لیے ری ایکٹنٹ کے طور پر استعمال ہونے والے بخارات کے مادے بخارات، کیمیائی کمی اور گیسی رد عمل (اعلی درجہ حرارت کی ضرورت) سے پیدا ہوتے ہیں۔ اگرچہ اعلی درجہ حرارت اضافی توانائی کی کھپت کو بڑھاتا ہے، لیکن اس طریقے سے اگائے جانے والے SiC نانوائرز میں عام طور پر اعلی کرسٹل سالمیت، واضح نانوائرز/نانوروڈز، نانوپرزم، نانوونیڈلز، نانوٹوبس، نانوبیلٹس، نانوکیبلز وغیرہ ہوتے ہیں، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

شکل 3 ایک جہتی SiC نانوسٹریکچرز کی مخصوص شکلیں 

(a) کاربن ریشوں پر نینوائر صفیں؛ (b) Ni-Si گیندوں پر الٹرا لونگ نینوائرز؛ (c) Nanowires؛ (d) نانوپرزم؛ (e) نانو بامبو؛ (f) Nanoneedles؛ (g) نینو بون؛ (h) Nanochains؛ (i) نینو ٹیوبز

SiC nanowires کی تیاری کے لیے حل کا طریقہ۔ حل کا طریقہ SiC nanowires کو تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جو رد عمل کے درجہ حرارت کو کم کرتا ہے۔ اس طریقہ کار میں نسبتاً ہلکے درجہ حرارت پر اچانک کیمیائی کمی یا دیگر رد عمل کے ذریعے حل کے مرحلے کے پیشرو کو کرسٹالائز کرنا شامل ہو سکتا ہے۔ حل کے طریقہ کار کے نمائندوں کے طور پر، سولو تھرمل ترکیب اور ہائیڈرو تھرمل ترکیب کو عام طور پر کم درجہ حرارت پر SiC نانوائرز حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا رہا ہے۔

دو جہتی نینو میٹریلز کو سولووتھرمل طریقوں، پلسڈ لیزرز، کاربن تھرمل ریڈکشن، مکینیکل ایکسفولیئشن، اور مائکروویو پلازما کو بڑھا کر تیار کیا جا سکتا ہے۔سی وی ڈی. ہو وغیرہ۔ نانوائر پھول کی شکل میں ایک 3D SiC نانو اسٹرکچر کا احساس ہوا، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ SEM تصویر سے پتہ چلتا ہے کہ پھول نما ڈھانچہ کا قطر 1-2 μm اور لمبائی 3-5 μm ہے۔

شکل 4 تین جہتی SiC نانوائر پھول کی SEM تصویر

SiC نینو میٹریلز کی کارکردگی

SiC nanomaterials بہترین کارکردگی کے ساتھ ایک جدید سیرامک ​​مواد ہے، جس میں اچھی جسمانی، کیمیائی، برقی اور دیگر خصوصیات ہیں۔

✔ جسمانی خصوصیات

زیادہ سختی: نینو سلکان کاربائیڈ کی مائیکرو ہارڈنیس کورنڈم اور ڈائمنڈ کے درمیان ہے، اور اس کی میکانکی طاقت کورنڈم سے زیادہ ہے۔ اس میں اعلی لباس مزاحمت اور اچھی خود چکنا ہے۔

اعلی تھرمل چالکتا: نینو سلکان کاربائیڈ میں بہترین تھرمل چالکتا ہے اور یہ ایک بہترین تھرمل چالکتا مواد ہے۔

کم تھرمل ایکسپینشن گتانک: یہ نینو سلکان کاربائیڈ کو اعلی درجہ حرارت کے حالات میں ایک مستحکم سائز اور شکل برقرار رکھنے کی اجازت دیتا ہے۔

اعلی مخصوص سطح کا رقبہ: نینو میٹریل کی خصوصیات میں سے ایک، یہ اس کی سطح کی سرگرمی اور رد عمل کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے موزوں ہے۔

✔ کیمیائی خصوصیات

کیمیائی استحکام: نینو سلکان کاربائیڈ میں مستحکم کیمیائی خصوصیات ہیں اور مختلف ماحول میں اپنی کارکردگی کو برقرار رکھ سکتی ہے۔

اینٹی آکسیڈیشن: یہ اعلی درجہ حرارت پر آکسیکرن کے خلاف مزاحمت کر سکتا ہے اور اعلی درجہ حرارت کی بہترین مزاحمت کو ظاہر کرتا ہے۔

✔برقی خصوصیات

ہائی بینڈ گیپ: ہائی بینڈ گیپ اسے ہائی فریکوئنسی، ہائی پاور، اور کم توانائی والے الیکٹرانک آلات بنانے کے لیے ایک مثالی مواد بناتا ہے۔

ہائی الیکٹران سنترپتی نقل و حرکت: یہ الیکٹران کی تیز رفتار ترسیل کے لیے موزوں ہے۔

✔دیگر خصوصیات

مضبوط تابکاری مزاحمت: یہ تابکاری کے ماحول میں مستحکم کارکردگی کو برقرار رکھ سکتا ہے۔

اچھی مکینیکل خصوصیات: اس میں بہترین مکینیکل خصوصیات ہیں جیسے اعلی لچکدار ماڈیولس۔

SiC نینو میٹریلز کا اطلاق

الیکٹرانکس اور سیمی کنڈکٹر آلات: اپنی بہترین الیکٹرانک خصوصیات اور اعلی درجہ حرارت کے استحکام کی وجہ سے، نینو سلکان کاربائیڈ کو ہائی پاور الیکٹرانک پرزوں، ہائی فریکوئنسی ڈیوائسز، آپٹو الیکٹرانک اجزاء اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، یہ سیمی کنڈکٹر آلات کی تیاری کے لیے مثالی مواد میں سے ایک ہے۔

آپٹیکل ایپلی کیشنز: نینو سلکان کاربائیڈ میں وسیع بینڈ گیپ اور بہترین آپٹیکل خصوصیات ہیں، اور اسے اعلیٰ کارکردگی والے لیزرز، ایل ای ڈی، فوٹو وولٹک آلات وغیرہ بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

مکینیکل حصے: اس کی اعلی سختی اور پہننے کی مزاحمت کا فائدہ اٹھاتے ہوئے، نینو سلکان کاربائیڈ میں میکینیکل حصوں کی تیاری میں وسیع پیمانے پر ایپلی کیشنز ہیں، جیسے کہ تیز رفتار کاٹنے والے اوزار، بیرنگ، مکینیکل سیل وغیرہ، جو پہننے کو بہت بہتر بنا سکتے ہیں۔ حصوں کی مزاحمت اور سروس کی زندگی.

نینو کمپوزائٹ مواد: نینو سلکان کاربائیڈ کو دوسرے مواد کے ساتھ ملا کر نانوکومپوزائٹس بنایا جا سکتا ہے تاکہ مواد کی مکینیکل خصوصیات، تھرمل چالکتا اور سنکنرن مزاحمت کو بہتر بنایا جا سکے۔ یہ nanocomposite مواد بڑے پیمانے پر ایرو اسپیس، آٹوموٹو انڈسٹری، توانائی کے میدان، وغیرہ میں استعمال کیا جاتا ہے.

اعلی درجہ حرارت ساختی مواد: نینوسلکان کاربائیڈبہترین اعلی درجہ حرارت استحکام اور سنکنرن مزاحمت ہے، اور انتہائی اعلی درجہ حرارت کے ماحول میں استعمال کیا جا سکتا ہے. لہذا، یہ ایرو اسپیس، پیٹرو کیمیکل، دھات کاری اور دیگر شعبوں جیسے مینوفیکچرنگ میں اعلی درجہ حرارت کے ساختی مواد کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔اعلی درجہ حرارت کی بھٹیاں, فرنس ٹیوبیں، فرنس استر، وغیرہ

دیگر ایپلی کیشنز: نینو سلکان کاربائیڈ کو ہائیڈروجن سٹوریج، فوٹوکاٹالیسس اور سینسنگ میں بھی استعمال کیا جاتا ہے، جس میں استعمال کے وسیع امکانات دکھائے جاتے ہیں۔