Представлен экологичный способ получения нанопроволок из карбида кремния из отходов стекольного производства

Помимо исключительной механической прочности, карбид кремния — это материал с широкой запрещенной зоной, который широко используется в полупроводниковой промышленности и способен работать при экстремальных температурах и высоких напряжениях.

Нановолокна из карбида кремния обладают всеми свойствами объемного карбида кремния и даже превосходят его. Их одномерная структура с высоким отношением длины к ширине, то есть они намного длиннее, чем шире, делает их более эффективными проводниками тепла и устойчивыми к износу, что делает их перспективным материалом для различных отраслей промышленности.

Однако для синтеза высококачественных нанопроволок из карбида кремния с контролируемой морфологией с использованием существующих методов по-прежнему требуются дорогостоящие исходные материалы, экстремально высокие температуры и дорогостоящие катализаторы, что делает эти процессы экономически и экологически затратными.

Исследователи решили эти проблемы, применив метод Джоуля-Файра для синтеза нанопроволок из карбида кремния. В ходе этого процесса источники кремния, такие как отработанное стекло или угольная зола, сначала измельчались в порошок и смешивались с источником углерода, например коксом или техническим углеродом. Затем в смесь добавлялось небольшое количество фтора — около 1 % в виде фторида натрия.

Эту смесь поместили в небольшую пробирку и подвергли воздействию мощного электрического импульса, который за доли секунды повысил температуру до 2000 °C. После интенсивного нагрева материал быстро охладили, что позволило нанопроволокам из карбида кремния кристаллизоваться в кубическую решетку, сохранив высокую степень кристалличности. В результате селективность нанопроволок ков составила до 78 %, а выход кремния — около 96 %.

Регулируя продолжительность электрической вспышки и количество добавляемого фтора, исследователи смогли контролировать длину нанопроволок.