সিলিকন কার্বাইড ন্যানোম্যাটেরিয়ালস

সিলিকন কার্বাইড ন্যানোম্যাটেরিয়ালস

সিলিকন কার্বাইড ন্যানোম্যাটেরিয়ালস (SiC ন্যানোম্যাটেরিয়ালস) এর দ্বারা গঠিত উপকরণগুলিকে বোঝায়সিলিকন কার্বাইড (SiC)ন্যানোমিটার স্কেলে কমপক্ষে একটি মাত্রা সহ (সাধারণত 1-100nm হিসাবে সংজ্ঞায়িত) ত্রিমাত্রিক স্থানে। সিলিকন কার্বাইড ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলি তাদের গঠন অনুসারে শূন্য-মাত্রিক, এক-মাত্রিক, দ্বি-মাত্রিক এবং ত্রি-মাত্রিক কাঠামোতে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে।

জিরো-ডাইমেনশনাল ন্যানোস্ট্রাকচারএমন কাঠামো যার সমস্ত মাত্রা ন্যানোমিটার স্কেলে, প্রধানত কঠিন ন্যানোক্রিস্টাল, ফাঁপা ন্যানোস্ফিয়ার, ফাঁপা ন্যানোকেজ এবং কোর-শেল ন্যানোস্ফিয়ার সহ।

এক-মাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচারস্ট্রাকচারগুলি পড়ুন যেখানে দুটি মাত্রা ত্রিমাত্রিক স্থানের ন্যানোমিটার স্কেলে সীমাবদ্ধ। ন্যানোয়ারস (কঠিন কেন্দ্র), ন্যানোটিউব (ফাঁপা কেন্দ্র), ন্যানোবেল্ট বা ন্যানোবেল্ট (সংকীর্ণ আয়তক্ষেত্রাকার ক্রস-সেকশন) এবং ন্যানোপ্রিজম (প্রিজম-আকৃতির ক্রস-সেকশন) সহ এই কাঠামোর অনেকগুলি রূপ রয়েছে। এই কাঠামোটি মেসোস্কোপিক পদার্থবিদ্যা এবং ন্যানোস্কেল ডিভাইস তৈরিতে অনন্য প্রয়োগের কারণে নিবিড় গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু হয়ে উঠেছে। উদাহরণস্বরূপ, এক-মাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচারের বাহকগুলি কেবল কাঠামোর একটি দিকে (যেমন, ন্যানোয়ার বা ন্যানোটিউবের অনুদৈর্ঘ্য দিক) প্রচার করতে পারে এবং ন্যানোইলেক্ট্রনিক্সে আন্তঃসংযোগ এবং মূল ডিভাইস হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

দ্বি-মাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচার, যার ন্যানোস্কেলে শুধুমাত্র একটি মাত্রা রয়েছে, সাধারণত তাদের স্তর সমতলের সাথে লম্ব, যেমন ন্যানোশিট, ন্যানোশিট, ন্যানোশিট এবং ন্যানোস্ফিয়ার, সম্প্রতি বিশেষ মনোযোগ পেয়েছে, শুধুমাত্র তাদের বৃদ্ধির প্রক্রিয়ার প্রাথমিক বোঝার জন্য নয়, তাদের সম্ভাব্যতা অন্বেষণের জন্যও আলোক নির্গমনকারী, সেন্সর, সৌর কোষ ইত্যাদিতে অ্যাপ্লিকেশন।

ত্রিমাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচারসাধারণত জটিল ন্যানোস্ট্রাকচার বলা হয়, যেগুলি শূন্য-মাত্রিক, এক-মাত্রিক এবং দ্বি-মাত্রিক (যেমন একক স্ফটিক সংযোগ দ্বারা সংযুক্ত ন্যানোয়ার বা ন্যানোরোড) এক বা একাধিক মৌলিক কাঠামোগত এককের সংগ্রহ দ্বারা গঠিত হয় এবং তাদের সামগ্রিক জ্যামিতিক মাত্রা। ন্যানোমিটার বা মাইক্রোমিটার স্কেলে রয়েছে। প্রতি ইউনিট আয়তনে উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সহ এই ধরনের জটিল ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি অনেক সুবিধা প্রদান করে, যেমন দক্ষ আলো শোষণের জন্য দীর্ঘ অপটিক্যাল পাথ, দ্রুত ইন্টারফেসিয়াল চার্জ স্থানান্তর এবং টিউনেবল চার্জ পরিবহন ক্ষমতা। এই সুবিধাগুলি ত্রি-মাত্রিক ন্যানোস্ট্রাকচারগুলিকে ভবিষ্যতের শক্তি রূপান্তর এবং স্টোরেজ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে নকশা অগ্রসর করতে সক্ষম করে। 0D থেকে 3D কাঠামোতে, বিভিন্ন ধরণের ন্যানোম্যাটেরিয়াল অধ্যয়ন করা হয়েছে এবং ধীরে ধীরে শিল্প এবং দৈনন্দিন জীবনে প্রবর্তিত হয়েছে।

SiC ন্যানোমেটেরিয়ালের সংশ্লেষণ পদ্ধতি

শূন্য-মাত্রিক উপকরণগুলি প্রাপ্ত করার জন্য গরম গলিত পদ্ধতি, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এচিং পদ্ধতি, লেজার পাইরোলাইসিস পদ্ধতি ইত্যাদি দ্বারা সংশ্লেষিত করা যেতে পারেSiC কঠিনন্যানোক্রিস্টালগুলি কয়েক ন্যানোমিটার থেকে দশ ন্যানোমিটার পর্যন্ত, তবে সাধারণত ছদ্ম-গোলাকার হয়, যেমন চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 1 বিভিন্ন পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত β-SiC ন্যানোক্রিস্টালগুলির TEM চিত্র

(ক) সলভোথার্মাল সংশ্লেষণ[34]; (B) ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এচিং পদ্ধতি[35]; (গ) তাপ প্রক্রিয়াকরণ [৪৮]; (d) লেজার পাইরোলাইসিস[49]

দাসোগ এট আল। সিও 2, এমজি এবং সি পাউডারের মধ্যে সলিড-স্টেট ডবল পচন প্রতিক্রিয়া দ্বারা নিয়ন্ত্রণযোগ্য আকার এবং পরিষ্কার কাঠামো সহ সংশ্লেষিত গোলাকার β-SiC ন্যানোক্রিস্টালগুলি [55], যেমন চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 2 বিভিন্ন ব্যাসের সাথে গোলাকার SiC ন্যানোক্রিস্টালের FESEM চিত্র[55]

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

ক্রমবর্ধমান SiC ন্যানোয়ারের জন্য বাষ্প ফেজ পদ্ধতি। গ্যাস ফেজ সংশ্লেষণ হল SiC nanowires গঠনের জন্য সবচেয়ে পরিপক্ক পদ্ধতি। একটি সাধারণ প্রক্রিয়ায়, চূড়ান্ত পণ্য গঠনের জন্য বিক্রিয়াক হিসেবে ব্যবহৃত বাষ্প পদার্থগুলি বাষ্পীভবন, রাসায়নিক হ্রাস এবং বায়বীয় বিক্রিয়া (উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন) দ্বারা উত্পন্ন হয়। যদিও উচ্চ তাপমাত্রা অতিরিক্ত শক্তি খরচ বাড়ায়, এই পদ্ধতিতে জন্মানো SiC ন্যানোয়ারে সাধারণত উচ্চ স্ফটিক অখণ্ডতা, পরিষ্কার ন্যানোয়ার/ন্যানোরোডস, ন্যানোপ্রিজম, ন্যানোনিডলস, ন্যানোটিউব, ন্যানোবেল্ট, ন্যানোকেবল ইত্যাদি থাকে, যেমন চিত্র 3-এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 3 এক-মাত্রিক SiC ন্যানোস্ট্রাকচারের সাধারণ রূপবিদ্যা 

(ক) কার্বন ফাইবারে ন্যানোয়ার অ্যারে; (b) Ni-Si বলের উপর আল্ট্রালং ন্যানোয়ারস; (c) Nanowires; (d) ন্যানোপ্রিজম; (ঙ) ন্যানোবাম্বু; (f) ন্যানোনিডলস; (ছ) ন্যানোবোন; (জ) ন্যানোচেইন; (i) ন্যানোটিউব

SiC nanowires প্রস্তুতির জন্য সমাধান পদ্ধতি। সমাধান পদ্ধতি SiC nanowires প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়, যা প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা হ্রাস করে। পদ্ধতিতে স্বতঃস্ফূর্ত রাসায়নিক হ্রাস বা তুলনামূলকভাবে হালকা তাপমাত্রায় অন্যান্য প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে একটি সমাধান ফেজ পূর্বসূরকে স্ফটিক করা অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। সমাধান পদ্ধতির প্রতিনিধি হিসাবে, সলভোথার্মাল সংশ্লেষণ এবং হাইড্রোথার্মাল সংশ্লেষণ সাধারণত কম তাপমাত্রায় SiC ন্যানোয়ারগুলি পেতে ব্যবহৃত হয়েছে।

দ্বি-মাত্রিক ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলি সলভোথার্মাল পদ্ধতি, স্পন্দিত লেজার, কার্বন তাপ হ্রাস, যান্ত্রিক এক্সফোলিয়েশন এবং মাইক্রোওয়েভ প্লাজমা বর্ধিত দ্বারা প্রস্তুত করা যেতে পারেসিভিডি. হো এট আল। একটি ন্যানোয়ার ফুলের আকারে একটি 3D SiC ন্যানোস্ট্রাকচার উপলব্ধি করেছে, যেমন চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। SEM চিত্রটি দেখায় যে ফুলের মতো কাঠামোটির ব্যাস 1-2 μm এবং দৈর্ঘ্য 3-5 μm।

চিত্র 4 একটি ত্রিমাত্রিক SiC ন্যানোয়ার ফুলের SEM চিত্র

SiC ন্যানোমেটেরিয়ালের কর্মক্ষমতা

SiC ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলি চমৎকার কার্যক্ষমতা সহ একটি উন্নত সিরামিক উপাদান, যার ভাল শারীরিক, রাসায়নিক, বৈদ্যুতিক এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে।

✔ শারীরিক বৈশিষ্ট্য

উচ্চ কঠোরতা: ন্যানো-সিলিকন কার্বাইডের মাইক্রোহার্ডনেস করোন্ডাম এবং হীরার মধ্যে এবং এর যান্ত্রিক শক্তি করোন্ডামের চেয়ে বেশি। এটি উচ্চ পরিধান প্রতিরোধের এবং ভাল স্ব-তৈলাক্তকরণ আছে।

উচ্চ তাপ পরিবাহিতা: ন্যানো-সিলিকন কার্বাইডের চমৎকার তাপ পরিবাহিতা রয়েছে এবং এটি একটি চমৎকার তাপ পরিবাহী উপাদান।

নিম্ন তাপ সম্প্রসারণ সহগ: এটি ন্যানো-সিলিকন কার্বাইডকে উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে একটি স্থিতিশীল আকার এবং আকৃতি বজায় রাখতে দেয়।

উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা: ন্যানোম্যাটেরিয়ালের বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি, এটি পৃষ্ঠের ক্রিয়াকলাপ এবং প্রতিক্রিয়া কর্মক্ষমতা উন্নত করতে সহায়ক।

✔ রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য

রাসায়নিক স্থিতিশীলতা: ন্যানো-সিলিকন কার্বাইডের স্থিতিশীল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং বিভিন্ন পরিবেশে এর কর্মক্ষমতা অপরিবর্তিত রাখতে পারে।

অ্যান্টিঅক্সিডেশন: এটি উচ্চ তাপমাত্রায় অক্সিডেশন প্রতিরোধ করতে পারে এবং চমৎকার উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের প্রদর্শন করে।

✔বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য

উচ্চ ব্যান্ডগ্যাপ: উচ্চ ব্যান্ডগ্যাপ এটিকে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-শক্তি, এবং কম-শক্তির ইলেকট্রনিক ডিভাইস তৈরির জন্য একটি আদর্শ উপাদান করে তোলে।

উচ্চ ইলেক্ট্রন স্যাচুরেশন গতিশীলতা: এটি ইলেকট্রনের দ্রুত সংক্রমণের জন্য সহায়ক।

✔অন্যান্য বৈশিষ্ট্য

শক্তিশালী বিকিরণ প্রতিরোধের: এটি একটি বিকিরণ পরিবেশে স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা বজায় রাখতে পারে।

ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য: এটির উচ্চ ইলাস্টিক মডুলাসের মতো চমৎকার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে।

SiC ন্যানোম্যাটেরিয়ালের প্রয়োগ

ইলেকট্রনিক্স এবং সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস: এর চমৎকার বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্য এবং উচ্চ-তাপমাত্রার স্থায়িত্বের কারণে, ন্যানো-সিলিকন কার্বাইড উচ্চ-শক্তি ইলেকট্রনিক উপাদান, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ডিভাইস, অপটোইলেক্ট্রনিক উপাদান এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। একই সময়ে, এটি সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরির জন্য আদর্শ উপকরণগুলির মধ্যে একটি।

অপটিক্যাল অ্যাপ্লিকেশন: ন্যানো-সিলিকন কার্বাইডের একটি প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ এবং চমৎকার অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন লেজার, LED, ফটোভোলটাইক ডিভাইস ইত্যাদি তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

যান্ত্রিক অংশ: এর উচ্চ কঠোরতা এবং পরিধান প্রতিরোধের সুবিধা গ্রহণ করে, ন্যানো-সিলিকন কার্বাইডের যান্ত্রিক যন্ত্রাংশ, যেমন উচ্চ-গতির কাটিয়া সরঞ্জাম, বিয়ারিং, যান্ত্রিক সীল ইত্যাদি তৈরিতে বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে, যা পরিধানকে ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে। অংশগুলির প্রতিরোধ এবং পরিষেবা জীবন।

ন্যানো কম্পোজিট উপকরণ: ন্যানো-সিলিকন কার্বাইড যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, তাপ পরিবাহিতা এবং উপাদানের জারা প্রতিরোধের উন্নত করতে ন্যানোকম্পোজিট গঠন করতে অন্যান্য উপকরণের সাথে মিলিত হতে পারে। এই ন্যানোকম্পোজিট উপাদান মহাকাশ, স্বয়ংচালিত শিল্প, শক্তি ক্ষেত্র ইত্যাদিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

উচ্চ তাপমাত্রার কাঠামোগত উপকরণ: ন্যানোসিলিকন কার্বাইডচমৎকার উচ্চ তাপমাত্রা স্থিতিশীলতা এবং জারা প্রতিরোধের আছে, এবং চরম উচ্চ তাপমাত্রা পরিবেশে ব্যবহার করা যেতে পারে. অতএব, এটি মহাকাশ, পেট্রোকেমিক্যাল, ধাতুবিদ্যা এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে যেমন উত্পাদনে উচ্চ তাপমাত্রার কাঠামোগত উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়উচ্চ তাপমাত্রার চুল্লি, চুল্লি টিউব, চুল্লি আস্তরণের, ইত্যাদি

অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশন: ন্যানো সিলিকন কার্বাইড হাইড্রোজেন স্টোরেজ, ফটোক্যাটালাইসিস এবং সেন্সিং-এও ব্যবহৃত হয়, যা ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা দেখায়।